WO2015110753A1 - Cooling method comprising a cooling facility, and cooling facility - Google Patents
Cooling method comprising a cooling facility, and cooling facility Download PDFInfo
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- the present invention relates to an installation for cooling a circulating fluid with a refrigerant.
- the present invention can be applied to any industrial field requiring cooling of a circulating fluid by a refrigerant.
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- refrigerant is vaporized in a heat exchanger operating as a thermosiphon.
- the vapors of the refrigerant are then compressed by a compressor, then liquefied at room temperature before being expanded and redirected to the exchanger operating thermosiphon.
- a cooling installation is very bulky and it requires a large amount of refrigerant, because it is necessary to ensure the two-phase separation of the fluid exiting the exchanger and the recirculation of the liquid in the exchanger. Due to the cost of the refrigerant, the cost of the installations as well as the applicable regulations, it is generally sought to limit the amount of refrigerant in the cooling installation.
- one solution is to use a process and a cooling system, vaporizing most or all (so-called "dry vaporization") of the refrigerant in the exchanger, instead of establish a thermosiphon.
- the cooling system comprises a compressor for compressing the vapors of the refrigerant leaving the exchanger and then liquefying them at ambient temperature.
- This compressor is often of lubricated type. As a result, at the compressor outlet, part of the oil used for the lubrication is driven by the vapor phase of the refrigerant in the form of vesicles.
- a coalescing filter makes it possible to eliminate most of the oil entrained, but a small part of the oil manages to cross the filter in the liquid or vapor state. Then, after the refrigerant has condensed, the oil is transported by the liquid phase into the cooling plant.
- an oil miscible in the refrigerant is used, this miscible oil being for example of polyalkylene glycol (PAG) type with a limit of solubility in the refrigerant of 1% or more at the temperature of use, for example between -20 ° C and -40 ° C.
- PAG polyalkylene glycol
- Such a miscible oil generally, and particularly in ammonia, has a high low temperature viscosity which limits the cooling process to temperatures generally above -20 ° C.
- the subject of the invention is a cooling method, for cooling a heat transfer fluid by heat exchange with a refrigerant, for example for condensing gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia, the cooling method implementing a cooling installation comprising at least one exchanger adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the cooling installation comprising a compressor lubricated and adapted to compress refrigerant,
- the cooling method comprising a so-called dry vaporization step including actions of: i) supplying the exchanger with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) vaporizing all the liquid refrigerant flowing in the exchanger,
- the cooling method being characterized in that it further comprises a so-called supercharging step which takes place after the dry vaporization step (101) and which includes actions consisting of: i) feeding the exchanger (6) with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) adjust the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger so that the refrigerant leaving the exchanger comprises liquid refrigerant.
- such a cooling method avoids the accumulation of oil in the active part of the exchanger. Indeed, during a supercharging step, the oil accumulated in the exchanger during the dry vaporization step is effectively removed. The oil is thus re-entrained and then discharged by the liquid refrigerant leaving the exchanger, the supercharging stage allowing somehow a rinsing of the exchanger by detaching the oil deposited on its inner walls.
- the supercharging step and the dry vaporization step are not simultaneous.
- the supercharging step follows the dry vaporization step. In other words, the dry vaporization step constitutes a first mode of operation of the cooling installation and the supercharging stage constitutes a second mode of operation of the cooling installation, this second mode of operation intervening after the first mode of operation.
- such a cooling process can be carried out at low temperatures, i.e. at temperatures below the temperatures allowable minimum for a prior art cooling process, typically below -20 ° C.
- the term "exchanger” designates a heat exchanger, that is to say a heat exchanger.
- the exchanger while the heat transfer fluid transfers calories to the refrigerant, the refrigerant transfers frigories to the circulating fluid.
- the exchanger has at least: a refrigerant inlet, a refrigerant outlet, a circulating fluid inlet and a circulating fluid outlet.
- the verbs "connect”, “connect”, “feed” and their derivatives relate to the communication fluid of at least two volumes distant from each other, to allow a flow of fluid between these two volumes apart.
- This fluid flow can be via any one or more component (s), that is, directly or indirectly.
- the dry vaporization step has a first predetermined duration and the supercharging step has a second predetermined duration, the ratio of the second predetermined duration to the first predetermined duration being less than 10%.
- the cooling method further comprises a cycle step of cyclically repeating the dry vaporization step and the supercharging step, the dry vaporization step having a first duration predetermined and the supercharging step having a second predetermined duration, a ratio of the second predetermined duration to the first predetermined duration being preferably less than 10%.
- a threshold for this ratio makes it possible to optimize the efficiency of the cooling process, since the accumulation of oil in the exchanger is minimized during the second period, and the vaporization of refrigerant during the first period is maximized.
- duration which is substantially shorter than the second duration.
- the ratio is selected according to the dimensions of the cooling system, in particular the type of exchanger, the flow rate of circulating coolant, etc.
- the supercharging step preferably succeeds directly to the dry vaporization step.
- the supercharging step optimizes the rinsing time of the exchanger, to evacuate the accumulated oil.
- the compressor contains an immiscible oil in liquid ammonia (liquid NH 3 ).
- This oil may be, for example, a synthetic oil of the polyalphaolefin (PAO) type.
- the cooling installation further comprises:
- a collection tank arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger and the gaseous refrigerant leaving the exchanger
- a first sensor said low level sensor, adapted to emit a first signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined lower threshold
- a second sensor called high level sensor, adapted to emit a second signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined upper threshold
- control unit configured to control the cooling installation so as to carry out:
- the first transition makes it possible, thanks to the low level sensor, to begin flushing the exchanger in order to evacuate the oil that has accumulated there during the dry vaporization step.
- the second transition allows, thanks to the high level sensor, avoid accumulation of non-consumable liquid refrigerant in the collection tank.
- the term "high” qualifies an element located at a higher altitude than a "low” element when the cooling installation is in service.
- the high level may for example be set at about 40% of the volume of the collection tank, while the low level may for example be set at about 10% of the volume of the collection tank.
- the collection tank receives a mixture of vaporized and non-vaporized refrigerant during the supercharging step.
- vaporizing the vaporized liquid entrains the non-vaporized liquid.
- the vaporized refrigerant can be sent directly from the collection tank to a refrigerating cycle compressor.
- the collection tank does not receive non-vaporized refrigerant during the dry vaporization step.
- control unit is configured to control the cooling installation so as to perform the first transition so that the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger increases gradually, then way to achieve the second transition so that the flow of the liquid refrigerant entering the exchanger gradually decreases.
- the cooling installation further comprises:
- a feed tank adapted to contain liquid refrigerant under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
- separator pot adapted to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant under a so-called low pressure, for example of 1.2 barA, which is lower than the average pressure, the separator pot being arranged between the supply tank and the exchanger so as to receive refrigerant from the supply tank and to transmit liquid refrigerant preferably by gravity to the exchanger, an expansion valve arranged between the supply tank and an inlet of the exchanger so as to relax the liquid refrigerant from the mean pressure to the low pressure,
- a collection tank arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger and the gaseous refrigerant leaving the exchanger, so as to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger and to separate any excess refrigerant liquid,
- the cooling method further comprises a control step in which the flow section of the expansion valve is regulated so as to condense the bulk of the flow of available heat transfer fluid, in particular by regulating a caloric fluid pressure at the inlet of the exchanger, and thus to control the flow of liquid refrigerant entering the exchanger.
- the separator pot processes a low vapor flow, equal to the fraction vaporized by free expansion of the medium pressure at low pressure (process called "flash").
- the separator pot may be compact and in particular have a smaller volume than the feed tank and the collection tank. This compactness of the separator pot makes it possible to place the separator pot, therefore the exchanger in height, typically above a distillation column. In certain configurations, placing the exchanger in height avoids the installation of a pump for supplying the circulating fluid at the head of a distillation column.
- the cooling process is performed without separator pot, which simplifies the cooling installation.
- the exchanger is fed with a two-phase refrigerant, which can however reduce the performance of the exchanger because of poor distribution of the refrigerant in the exchanger.
- the container filling the function of separator pot had to be placed at high height, which made access difficult.
- the same container had to have a very large volume, which represented risks to the safety of people or to the integrity of the equipment, because some refrigerants and / or calorigenic produce an explosive atmosphere.
- the heat exchanger was placed on the ground and it was necessary to provide a pump to return the liquid heat transfer fluid at the top of the distillation column.
- the cooling installation further comprises a bypass line connecting the separator pot directly to the outlet of the exchanger, the cooling method comprising a step of deriving gaseous refrigerant from the pot separator towards the exit of the exchanger.
- the bypass line makes it possible to return the vaporized fraction by free expansion from the medium pressure to the low pressure (so-called "flash" process) towards the suction of the compressor.
- the collection tank operates a two-phase separation of the refrigerant so as to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant, the cooling process further comprising a channeling step in which the refrigerant gas is channeled from the collection tank to the compressor.
- the cooling installation further comprises regulating means for transferring heat to the refrigerant so as to superheat the refrigerant leaving the exchanger, preferably by regulating the flow rate. of the refrigerant and the flow rate of the circulating fluid so that the temperature of the refrigerant leaving the exchanger is at least 3 ° C higher than the dew point temperature of the refrigerant, calculated at the operating pressure, for example of 1, 2 barA.
- the refrigerant is superheated in the exchanger or at its outlet.
- regulating means make it possible to supply the refrigerant with a quantity of heat which exceeds the enthalpy of vaporization for the quantity of refrigerant entering the exchanger, which makes it possible to carry out the dry vaporization step.
- the regulating means it is possible to regulate the flow rates of the refrigerant and the heat transfer fluid entering the exchanger, so that the quantity of heat supplied by the circulating fluid exceeds the evaporation enthalpy (heat latent) for the amount of refrigerant entering the exchanger, so that the fluid temperature refrigerant leaving the exchanger is at least 3 ° C higher than the dew point temperature of said refrigerant, calculated at operating pressure, for example 1 .2 barA.
- the cooling process may further comprise a control step in which the flow section of the expansion valve is regulated so as to ensure the overheating of the refrigerant at the outlet of the exchanger, in particular by regulating the temperature difference of the refrigerant leaving the exchanger with the dew point temperature of said refrigerant.
- the difference of at least 3 ° C between the temperature of the refrigerant leaving the exchanger and the temperature of the two-phase equilibrium makes it possible to guarantee the vaporization of all the liquid refrigerant while avoiding the uncertainties of measurement.
- the refrigerant is selected from the group consisting of ammonia, freon, ethane, propane and any mixture of said refrigerants
- the circulating fluid is selected in the group consisting of carbon dioxide, nitrous oxide, hydrocarbons, in particular hydrocarbons whose molecule comprises two to four carbon atoms, or any mixture of said calorogenic fluids, with possibly impurities such as nitrogen, oxygen, hydrogen, methane and / or carbon monoxide.
- the cooling method implements concomitantly several refrigerants and / or several heat transfer fluids.
- the refrigerant is ammonia
- the circulating fluid being, for example, pure or impure carbon dioxide
- the temperature of the refrigerant leaving the exchanger is between -20.degree. C and -50 ° C, for example equal to about -30 ° C.
- ammonia makes it possible to carry out a cooling process at low temperature.
- the temperature of -26 ° C. is 4 ° C. higher than the temperature of the two-phase equilibrium of ammonia which is -30 ° C. under a pressure of 1.2 barA.
- the cooling plant can operate in dry vaporization at lower temperatures than a prior art cooling plant, while having the advantages of compactness and low refrigerant amount.
- the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger is determined so that the refrigerant leaving the exchanger comprises a mass of liquid refrigerant representing at least 10% of the mass of gaseous refrigerant.
- an excess of liquid preferably representing between 10% and 100% of the mass of vaporized refrigerant.
- an excess of 100% represents 1 kg of liquid ammonia leaving and 1 kg of ammonia gas leaving, while a 10% excess represents 0.2 kg of ammonia outgoing liquid and 1.8 kg of ammonia gas exiting.
- the subject of the present invention is a cooling installation, intended to cool a heat transfer fluid by heat exchange with a refrigerant, for example to condense gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia, the installation of cooling device comprising at least one exchanger adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the cooling installation comprising a compressor adapted for compressing refrigerant.
- a so-called dry vaporization step including actions of: i) supplying the exchanger with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) vaporizing all the refrigerant flowing in the exchanger, and a so-called supercharging step which takes place after the so-called dry vaporization step and which includes actions consisting in: i) supplying the exchanger (6) with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) adjusting the flow rate of the fluid liquid refrigerant entering the exchanger so that the refrigerant leaving the exchanger is composed wholly or partially of liquid refrigerant.
- such a cooling installation avoids the accumulation of oil in the active part of the exchanger. Indeed, during a supercharging step, the oil accumulated in the exchanger during the dry vaporization steps can be evacuated effectively.
- the supercharging stage allows somehow a rinsing of the exchanger by detaching the oil deposited on its inner walls.
- such a cooling installation does not require a system for recirculation of the excess liquid at the outlet of the exchanger, whether by pump or by thermosiphon.
- such a cooling plant can be operated at low temperatures, i.e. at temperatures below the minimum allowable temperatures for a prior art cooling plant, typically below -20. ° C.
- the exchanger is a plate exchanger, preferably brazed aluminum.
- such an exchanger can effectively handle large flow rates of refrigerant and heat sink and can provide a minimum refrigerant speed for driving the oil, while having a footprint, weight and reduced cost.
- the cooling installation further comprises:
- a collection tank arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger and the gaseous refrigerant leaving the exchanger, so as to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger and to separate any excess refrigerant liquid,
- a first sensor said low level sensor, adapted to emit a first signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined lower threshold
- a second sensor said high level sensor, adapted to emit a second signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined upper threshold
- the low level sensor makes it possible to begin flushing the exchanger in order to evacuate the oil that has accumulated there during the dry vaporization step.
- the high level sensor prevents accumulation of non-consumable liquid refrigerant.
- the high and low level sensors make it possible to cyclically operate a cooling method according to the invention.
- the high level sensor and the low level sensor are selected from the group comprising a capacitive sensor and an inductive sensor, the high level sensor and the low level sensor being arranged on a wall of the device. collection tank so as to detect the presence of the liquid refrigerant respectively at a high altitude and at a low altitude.
- the high level sensor and the low level sensor durably allow precise detections of the high and low altitudes.
- the collection tank comprises a discharge orifice of the oil decanted by gravity in the collection tank.
- This drain hole is located in the bottom of the collection tank.
- the cooling installation further comprises a secondary heat exchanger fluidically connected to the heat exchanger and the collection tank so as to transfer heat from the heat transfer fluid from the exchanger to the refrigerant. liquid from the collection tank.
- the secondary heat exchanger usually called “subcooler” allows to "consume” liquid refrigerant by contributing to the vaporize.
- the subcooler can operate according to the thermosiphon principle.
- the cooling installation further comprises:
- a feed tank adapted to contain liquid refrigerant under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
- a separator pot adapted to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant under a so-called low pressure, for example 1, 2 barA, which is lower than the average pressure, the separator pot connecting the feed tank to the exchanger so as to receive refrigerant from the supply tank and to supply the exchanger liquid refrigerant preferably by gravity, the volume the separator pot being smaller than the volume of the feed tank, and
- an expansion valve arranged between the supply tank and an inlet of the exchanger so as to relax the liquid refrigerant from the mean pressure to the low pressure and thus to control the flow of liquid refrigerant entering the exchanger.
- the installation does not include any means for sending vaporized refrigerant into the exchanger of the exchanger to the compressor without passing through the collection tank.
- the expansion valve in practice, it is possible to regulate, by means of the expansion valve, the flow entering the exchanger so as to condense the bulk of the flow of available heat-exchange fluid, in particular by regulating a caloric fluid pressure at the inlet or the outlet of the heat exchanger. exchanger.
- the regulation of the flow section of the expansion valve can be carried out by a control member, in particular according to the dimensions of the cooling system, in particular the exchanger, and the flows of the circulating and refrigerant fluids.
- the separator pot processes a low vapor flow, equal to the fraction vaporized by free expansion of the medium pressure at low pressure (process called "flash").
- flash medium pressure at low pressure
- the compactness of the separator pot makes it possible to place the separator pot, therefore the exchanger in height, typically above a distillation column. In certain configurations, placing the exchanger in height also makes it possible to circulate the circulating fluid without a pump.
- the cooling process is performed without separator pot, which simplifies the cooling installation.
- the exchanger is supplied with a two-phase refrigerant, which can however reduce the performance of the exchanger.
- the cooling installation further comprises a branch line connecting the separator pot directly to the outlet of the exchanger.
- the bypass line makes it possible to return the vaporized fraction by free expansion from the medium pressure to the low pressure (so-called "flash" process) towards the suction of the compressor.
- the subject of the invention is a vaporization method, for vaporising a refrigerant at low temperature by heat exchange with a heat-generating fluid, for example for vaporizing ammonia by thermal exchange with carbon dioxide, the process spraying device implementing a vaporization installation comprising at least one heat exchanger adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the vaporization installation being connected to a compressor adapted for compressing refrigerant,
- the vaporization process comprising a so-called dry vaporization stage, in which the heat exchanger is supplied with circulating fluid and liquid refrigerant, and in which all the liquid refrigerant flowing in the exchanger is vaporized,
- the vaporization process being characterized in that it further comprises a so-called supercharging step in which the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger is determined so that the refrigerant leaving the exchanger comprises liquid refrigerant .
- FIG. 1 is a schematic view of a cooling system according to the invention, during a first step of a cooling method according to the invention
- Figure 2 is a schematic view of the installation of Figure 1, during a second step of the cooling method according to the invention
- FIG. 3 is a logic diagram schematically illustrating a cooling method according to the invention.
- FIG 4 is a view similar to Figure 1 of a cooling system according to a variant of the invention.
- Figures 1 and 2 illustrate a cooling system 1 which is intended to cool carbon dioxide (CO 2 ) as a heat transfer fluid, by heat exchange with ammonia (NH 3 ), as a refrigerant.
- the cooling system 1 comprises a cooling system 2 and a compressor 4 adapted to compress refrigerant.
- the cooling system 1 comprises a condenser 5 which is disposed downstream of the compressor 4 and which is adapted to condense the refrigerant.
- the condenser 5 is an evaporative condenser.
- the compressor 4 is here screw compressor type lubricated.
- the compressor 4 cooperates with an evaporative condenser so as to liquefy steam ammonia (NH 3 vapor) at atmospheric temperature, with a high-pressure receiver 19 (here at 12 barA) and with an expansion step to bring the liquid ammonia (liquid NH3) at medium pressure (here 5 barA).
- the lubricated compressor 4 contains an immiscible oil in liquid ammonia (liquid NH 3 ).
- This oil may be, for example, a synthetic oil of the polyalphaolefin (PAO) type. This high kinematic viscosity allows this oil to form with the refrigerant an emulsion light enough to allow its transport.
- PAO polyalphaolefin
- the cooling system 2 is connected to the compressor 4.
- the cooling system 2 is intended to condense in liquid form (liquid CO 2 , reference 13) carbon dioxide gas (CO 2 gas) by heat exchange with ammonia (NH 3 ).
- the cooling system 2 comprises an exchanger 6 which is adapted to transfer heat from the gaseous carbon dioxide (CO 2 gas) to the ammonia (NH 3 ).
- the exchanger 6 is here a plate and fin heat exchanger formed of brazed aluminum.
- the cooling installation 2 further comprises a control unit 8, which is here an electronic control unit, configured to operate the cooling installation 2 according to a cooling method according to the invention and detailed below.
- a control unit 8 which is here an electronic control unit, configured to operate the cooling installation 2 according to a cooling method according to the invention and detailed below.
- the cooling system 2 further comprises a collection tank 10 which is arranged to contain liquid ammonia (liquid NH 3 ) and steam ammonia (NH 3 vapor) which exit the exchanger 6, so that recovering the oil entrained at the outlet of the exchanger 6 and separating any excess liquid refrigerant.
- the cooling installation 2 comprises an outlet duct 11 which connects the exchanger 6 to the collection tank 10, so as to channel the ammonia leaving the exchanger 6.
- the collection tank 10 has a total volume of about 2000 L. In use, the collection tank 10 operates under a so-called low pressure, which is between 1 barA and 1.5 barA, for example 1, 2 barA.
- the cooling installation 2 further comprises:
- low level sensor 12 which is adapted to emit a first signal when the volume of liquid ammonia (liquid NH 3 ) contained in the collection tank 10 reaches a predetermined lower threshold 10.12, and
- a second sensor said high level sensor 14, adapted to emit a second signal when the volume of liquid ammonia (NH 3 liquid) contained in the collection tank 10 reaches a predetermined upper threshold 10.14.
- the low level sensor 1 2 and the high level sensor 14 are here each formed by a capacitive sensor.
- the low level sensor 12 and the high level sensor 14 are arranged on a wall of the collection tank 10 so as to detect the presence of liquid ammonia (liquid NH 3) respectively at a low altitude and at a high altitude, relative to at the bottom of the collection tank 10.
- the low altitude and the high altitude respectively define the predetermined lower threshold 10.12 and the predetermined upper threshold 10.14.
- the collection tank 10 comprises a drain port 1 6 for draining the oil settled by gravity in the collection tank 10. In use, the oil in the collection tank 10 decants, and the control unit 8 can regularly open a valve closing the drain port 16, so as to drain all or part of the oil.
- cooling installation 2 comprises:
- a feed tank 18 adapted to contain liquid ammonia (liquid NH3) under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
- a separator pot 20 adapted to separate the liquid ammonia (liquid NH 3) from the steam ammonia (NH 3 vapor) under a so-called low pressure, for example from
- an expansion valve 22 arranged between the feed tank 18 and the inlet of the exchanger 6, here upstream of the separator pot 20, so as to relax the liquid ammonia (liquid NH 3) from the mean pressure (e.g. 5 barA) at low pressure (eg 1, 2 barA),
- valve 21 arranged between the feed tank 1 8 and the storage tank 19 to regulate the flow of refrigerant.
- the separator pot 20 connects the feed tank 18 to the exchanger 6 so as to receive ammonia from the feed tank 18 and to supply the exchanger 6 with liquid ammonia.
- the separator pot 20 supplies the exchanger 6 by gravity.
- the volume of the separator pot 20 is substantially smaller than the volume of the collection tank 10.
- the separator pot 20 has a volume of the order of 25 times smaller than the volume of the collection tank 10.
- the separator pot 20 and the exchanger 6 can be placed above a distillation column, at a height of 15 m, which dispenses here to circulate the carbon dioxide with a pump.
- the expansion valve 22 is regulated so as to condense the bulk of the flow of available carbon dioxide, in particular by regulating a pressure of carbon dioxide gas (CO 2 gas) at the inlet of the exchanger, which makes it possible to control, regulate the flow of liquid ammonia (liquid NH3) entering the exchanger 6.
- CO 2 gas carbon dioxide gas
- liquid NH3 liquid ammonia
- the regulation of the flow section of the expansion valve 22 is here carried out by the control unit 8.
- any other control member may be provided to regulate the flow section of the expansion valve.
- the cooling system 2 further comprises a bypass line 24 which connects the separator pot 20 directly to the outlet of the exchanger 6.
- steam ammonia (NH 3 vapor) flows from the separator pot 20 in the bypass line 24 to the outlet of the exchanger 6, without passing through the exchanger 6.
- the bypass line 24 returns the vaporized fraction by free expansion of the medium pressure (here 5 barA) to the low pressure (here 1, 2 barA by process called "flash") to the suction of the compressor 4.
- the separator pot 20 is equipped with a level 29 control member, which is adapted to measure the level of liquid ammonia in the separator pot 20 and to control a physical control element until a predetermined set level is reached.
- the distillation column or the exchanger 6 is equipped (e) a pressure control member 25, which is adapted to measure the carbon dioxide gas pressure and to control a physical control element until a predetermined set pressure is reached.
- the cooling installation 2 comprises a secondary heat exchanger commonly referred to as "subcooler” 23 which is fluidly connected to the exchanger 6 and to the collection tank 10 so as to transfer heat from the carbon dioxide (CO 2 ) from the exchanger 6 to liquid ammonia (liquid NH 3 ) from the collection tank 10.
- the subcooler 23 "consumes” liquid ammonia (liquid NH 3 ) by contributing to vaporize it .
- the subcooler 23 operates here according to the principle of thermosiphon.
- the cooling system 2 operates according to a cooling method according to the invention as shown diagrammatically in FIG.
- This cooling process comprises, as shown in FIG. 1, a so-called dry vaporization step 101, in which the exchanger 6 is supplied with gaseous carbon dioxide (CO 2 gas) and with liquid ammonia (liquid NH 3 ), and in which all the liquid ammonia (liquid NH 3 ) leaving the exchanger 6 is vaporized.
- this dry vaporization stage all the ammonia (NH 3 ) flowing in the exchanger 6 and in the pipe output 1 1 is in the vapor phase.
- vaporizing all the ammonia flowing in the exchanger 6 means that it is necessary to supply the ammonia a quantity of heat which exceeds its enthalpy of vaporization for the quantity of ammonia entered in the exchanger 6.
- This cooling method furthermore comprises, as shown in FIG. 2, a supercharging step 102, in which the flow rate of liquid ammonia (liquid NH 3 ) entering the exchanger 6 is determined so that the ammonia ( NH 3 ) leaving the exchanger 6 is partially composed of liquid ammonia (liquid NH 3 ).
- the supercharging step 102 occurs after the dry vaporization step 101. In other words, the supercharging step 102 is not concomitant with the dry vaporization step 101.
- the ammonia (NH 3 ) leaving the exchanger 6 is partially composed of liquid ammonia (liquid NH 3 ); therefore the ammonia (NH 3 ) leaving the exchanger 6 comprises ammonia in the liquid phase and in the vapor phase (NH 3 liquid + vapor).
- This cooling method makes it possible, during the supercharging step 102, to evacuate all or the majority of the oil accumulated in the exchanger 6 during the dry vaporization steps 101.
- the cooling process may be termed "low temperature" because, in use, the temperature of the ammonia exiting the exchanger 6 is about -30 ° C at a pressure of 1.2 barA.
- the cooling process further comprises a cycle step 103 of cyclically and alternately repeating the dry vaporization step 101 and the supercharging step 102.
- the supercharging step 102 directly follows the dry vaporization step 101.
- the dry vaporization step has a first predetermined duration for example of about 24 hours and the supercharging step 102 has a second duration predetermined for example about 0.25 h.
- the ratio of the second predetermined duration (0.25 h) to the first predetermined duration (24 h) is about 1%.
- the control unit 8 is configured to control the cooling installation 2 so as to carry out, during the cycle step 1 03:
- control unit 8 is configured to control the cooling installation 2 so as to make this first transition so that the flow of liquid ammonia entering the exchanger 6 increases gradually, and then to achieve this. second transition so that the flow of liquid ammonia entering the exchanger 6 decreases gradually.
- the cooling method comprises a control step in which the flow section of the expansion valve 22 is regulated so as to condense the bulk of the flow of available carbon dioxide, in particular by regulating a pressure of the carbon dioxide. gaseous carbon (CO2 gas) at the inlet of the exchanger 6.
- CO2 gas gaseous carbon
- the control unit 8 in particular as a function of the dimensions of the cooling installation 2, in particular of the exchanger 6, and flow rates of ammonia and carbon dioxide.
- the collection tank 10 operates a two-phase separation of the ammonia, so as to separate the liquid ammonia (NH 3 liquid) from the ammonia vapor (NH 3 vapor).
- the cooling method comprises a channeling step in which the ammonia vapor (NH 3 vapor) is channeled from the collection tank 10 to the compressor 4, by means of a recirculation pipe 26.
- the pipe recirculation 26 upstream of the compressor 4, the ammonia is in the vapor phase (NH 3 vapor), while downstream of the compressor 4, the ammonia is condensed by an evaporative condenser and is therefore mainly in the liquid phase.
- the condensed ammonia flows into the storage tank 19, then into the feed tank 18.
- the cooling installation 2 further comprises regulating means 28 which are arranged to adjust the heat transferred to the ammonia.
- the regulation means 28 comprise a temperature control member, which is adapted to measure the temperature in the outlet pipe 11 and to control a physical control element, here by opening or closing. of the expansion valve 22 until a predetermined set temperature is reached.
- the regulation means 28 are regulated so as to superheat the ammonia leaving the exchanger 6.
- the control unit 8 regulates the regulation means 28 so that the temperature of the ammonia leaving the exchanger 6 is at least 3 ° C. higher than the dew point temperature of the ammonia, calculated at the operating pressure, in this case 1.2 barA.
- the regulating means 28 supply the ammonia with a quantity of heat which exceeds the evaporation enthalpy for the amount of ammonia entering the exchanger 6 , which makes it possible to carry out the dry vaporization step 101.
- the flow rate of liquid ammonia entering the exchanger 6 is determined so that the ammonia leaving the exchanger 6 comprises a mass of liquid ammonia representing more than 10% of the mass of ammonia vapor.
- the separator pot 20 is equipped with a level control member 29, which is adapted to measure the level of liquid ammonia and to control a physical control element until it reaches a desired level. predetermined set level which is known to be high enough to create an excess of liquid ammonia at the outlet of the exchanger 6 during the supercharging step 102.
- FIG. 4 illustrates a variant of the invention in the supercharging step 102, in which the cooling installation 2 does not comprise a separator pot, unlike the cooling installation 2 illustrated in FIGS. and 2.
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Abstract
The invention relates to a cooling method implementing a cooling facility (2) comprising at least one exchanger (6) for transferring heat from the heat-producing fluid to the refrigerant fluid, the cooling facility (2) being connected to a compressor (4) for compressing refrigerant fluid. Said cooling method comprises a so-called dry vapourisation step wherein the exchanger (6) is supplied with heat-producing fluid and liquid refrigerant fluid, and wherein all of the liquid refrigerant fluid flowing into the exchanger (6) is vapourised. Said cooling method also comprises a so-called supercharging step wherein the flow of liquid refrigerant fluid entering the exchanger (6) is determined such that the refrigerant fluid leaving the exchanger (6) comprises liquid refrigerant fluid.
Description
PROCEDE DE REFROIDISSEMENT COMPRENANT UNE INSTALLATION DE COOLING PROCESS COMPRISING AN INSTALLATION OF
REFROIDISSEMENT ET INSTALLATION DE REFROIDISSEMENT COOLING AND COOLING INSTALLATION
La présente invention concerne un procédé de refroidissement, mettant en œuvre une installation de refroidissement, d'un fluide calorigène par un fluide frigorigène. De plus, la présente invention concerne une installation de refroidissement d'un fluide calorigène par un fluide frigorigène. The present invention relates to a cooling method, implementing a cooling system, a circulating fluid by a refrigerant. In addition, the present invention relates to an installation for cooling a circulating fluid with a refrigerant.
La présente invention peut s'appliquer à tout domaine industriel nécessitant un refroidissement d'un fluide calorigène par un fluide frigorigène. En particulier, la présente invention peut s'appliquer à la condensation du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac. The present invention can be applied to any industrial field requiring cooling of a circulating fluid by a refrigerant. In particular, the present invention can be applied to the condensation of gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia.
Dans un procédé et une installation de refroidissement conventionnel, on vaporise du fluide frigorigène dans un échangeur fonctionnant en thermosiphon. Les vapeurs du fluide frigorigène sont ensuite comprimées par un compresseur, puis liquéfiées à température ambiante avant d'être détendues et redirigées vers l'échangeur fonctionnant en thermosiphon. Cependant, une telle installation de refroidissement est très volumineuse et elle nécessite une grande quantité de fluide frigorigène, car il faut assurer la séparation diphasique du fluide sortant de l'échangeur et la recirculation du liquide dans l'échangeur. En raison du coût du fluide frigorigène, du coût des installations ainsi que des réglementations applicables, on cherche généralement à limiter la quantité du fluide frigorigène dans l'installation de refroidissement. In a conventional cooling process and plant, refrigerant is vaporized in a heat exchanger operating as a thermosiphon. The vapors of the refrigerant are then compressed by a compressor, then liquefied at room temperature before being expanded and redirected to the exchanger operating thermosiphon. However, such a cooling installation is very bulky and it requires a large amount of refrigerant, because it is necessary to ensure the two-phase separation of the fluid exiting the exchanger and the recirculation of the liquid in the exchanger. Due to the cost of the refrigerant, the cost of the installations as well as the applicable regulations, it is generally sought to limit the amount of refrigerant in the cooling installation.
« Liquefacation and handling of large amounts of CO2 for enhanced oil recovery » de Hegerland et al, International Conférence on Greenhouse Gas Control Technologies, 2004 décrit un échangeur de type à tubes immergés (en anglais « kettle »). Dans ce cas, le fluide frigorigène n'est pas vaporisé à sec dans la mesure où les tubes servant à vaporiser le fluide frigorigène sont noyés. Il n'y a donc pas de risque de dépôt d'huile sur les parois des tubes de l'échangeur puisque l'huile reste en phase liquide. Une purge en point bas de l'échangeur permet généralement de déconcentrer l'huile. L'inconvénient de cet échangeur est son volume important, nécessitant une quantité de fluide réfrigérant importante et un cout élevé. Il ne permet donc pas de résoudre tous les inconvénients que notre système se propose de résoudre (notamment une faible quantité de fluide réfrigérant dans l'échangeur).
Pour diminuer la quantité de fluide frigorigène liquide, une solution consiste à utiliser un procédé et une installation de refroidissement, en vaporisant l'essentiel ou la totalité (dite « vaporisation à sec ») du fluide frigorigène dans l'échangeur, au lieu d'établir un thermosiphon. L'installation de refroidissement comprend un compresseur permettant de comprimer les vapeurs du fluide frigorigène sortant de l'échangeur, puis de les liquéfier à température ambiante. Hegerland et al, International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, 2004, describes a "kettle" type heat exchanger. In this case, the refrigerant is not vaporized to dry insofar as the tubes for vaporizing the refrigerant are embedded. There is therefore no risk of oil deposit on the walls of the exchanger tubes since the oil remains in the liquid phase. A purge at low point of the exchanger generally helps to deconcentrate the oil. The disadvantage of this exchanger is its large volume, requiring a large amount of refrigerant and a high cost. It does not therefore solve all the disadvantages that our system proposes to solve (including a small amount of refrigerant in the exchanger). To reduce the amount of liquid refrigerant, one solution is to use a process and a cooling system, vaporizing most or all (so-called "dry vaporization") of the refrigerant in the exchanger, instead of establish a thermosiphon. The cooling system comprises a compressor for compressing the vapors of the refrigerant leaving the exchanger and then liquefying them at ambient temperature.
Ce compresseur est souvent de type lubrifié. Il en résulte qu'en sortie de compresseur, une partie de l'huile utilisée pour la lubrification est entraînée par la phase vapeur du fluide frigorigène sous formes de vésicules. Un filtre à coalescence permet d'éliminer l'essentiel de l'huile entraînée, mais une petite partie de l'huile parvient à franchir le filtre à l'état liquide ou vapeur. Puis, après que le fluide frigorigène s'est condensé, l'huile est transportée par la phase liquide dans l'installation de refroidissement. This compressor is often of lubricated type. As a result, at the compressor outlet, part of the oil used for the lubrication is driven by the vapor phase of the refrigerant in the form of vesicles. A coalescing filter makes it possible to eliminate most of the oil entrained, but a small part of the oil manages to cross the filter in the liquid or vapor state. Then, after the refrigerant has condensed, the oil is transported by the liquid phase into the cooling plant.
Habituellement, comme décrit dans EP-A-049081 0, pour limiter la formation de dépôt d'huile, on met en œuvre une huile miscible dans le fluide frigorigène, cette huile miscible étant par exemple de type polyalkylèneglycol (PAG) avec une limite de solubilité dans le fluide frigorigène de 1 % ou plus à la température d'utilisation, par exemple comprise entre -20°C et -40°C. Une telle huile miscible a généralement, et en particulier dans l'ammoniac, une viscosité élevée à basse température qui limite le procédé de refroidissement à des températures généralement supérieures à -20°C. Usually, as described in EP-A-049081 0, to limit the formation of oil deposition, an oil miscible in the refrigerant is used, this miscible oil being for example of polyalkylene glycol (PAG) type with a limit of solubility in the refrigerant of 1% or more at the temperature of use, for example between -20 ° C and -40 ° C. Such a miscible oil generally, and particularly in ammonia, has a high low temperature viscosity which limits the cooling process to temperatures generally above -20 ° C.
En effet, l'un des inconvénients lié à l'utilisation de ce type d'huile est qu'elle n'est que partiellement entraînée par le fluide frigorigène liquide lors de l'étape de vaporisation à sec, et s'accumule progressivement sur les parois de l'échangeur. Ainsi, le fluide frigorigène gazeux ne peut pas évacuer cette huile hors de l'échangeur, car elle est très visqueuse à basse température. La couche d'huile déposée réduit le transfert thermique et la section débitante, ce qui diminue les performances de l'échangeur et augmente les pertes de charge. EP-A-049081 0 recommande donc de sortir le liquide frigorigène et le liquide vaporisé frigorigène séparément de l'échangeur. Indeed, one of the disadvantages associated with the use of this type of oil is that it is only partially driven by the liquid refrigerant during the dry vaporization step, and accumulates gradually over the walls of the exchanger. Thus, the gaseous refrigerant can not evacuate this oil out of the exchanger because it is very viscous at low temperature. The deposited oil layer reduces the heat transfer and the flow section, which decreases the performance of the exchanger and increases the pressure drops. EP-A-049081 0 therefore recommends that the refrigerant and the vaporised refrigerant liquid be taken out separately from the exchanger.
La présente invention vise notamment à résoudre, totalement ou partiellement, les problèmes mentionnés ci-avant.
À cet effet, l'invention a pour objet un procédé de refroidissement, pour refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, le procédé de refroidissement mettant en œuvre une installation de refroidissement comportant au moins un échangeur adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de refroidissement comprenant un compresseur lubrifié et adapté pour comprimer du fluide frigorigène, The present invention aims in particular to solve, totally or partially, the problems mentioned above. For this purpose, the subject of the invention is a cooling method, for cooling a heat transfer fluid by heat exchange with a refrigerant, for example for condensing gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia, the cooling method implementing a cooling installation comprising at least one exchanger adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the cooling installation comprising a compressor lubricated and adapted to compress refrigerant,
Le procédé de refroidissement comprenant une étape dite de vaporisation à sec incluant des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) vaporiser tout le fluide frigorigène liquide s'écoulant dans l'échangeur, The cooling method comprising a so-called dry vaporization step including actions of: i) supplying the exchanger with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) vaporizing all the liquid refrigerant flowing in the exchanger,
Le procédé de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dite de suralimentation qui intervient après l'étape de vaporisation à sec (101 ) et qui inclut des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) ajuster le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur comprend du fluide frigorigène liquide. The cooling method being characterized in that it further comprises a so-called supercharging step which takes place after the dry vaporization step (101) and which includes actions consisting of: i) feeding the exchanger (6) with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) adjust the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger so that the refrigerant leaving the exchanger comprises liquid refrigerant.
Ainsi, un tel procédé de refroidissement permet d'éviter l'accumulation d'huile dans la partie active de l'échangeur. En effet, lors d'une étape de suralimentation, l'huile accumulée dans l'échangeur lors de l'étape de vaporisation à sec est évacuée efficacement. L'huile est ainsi ré-entraînée puis évacuée par le fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur, l'étape de suralimentation permettant en quelque sorte un rinçage de l'échangeur en y décollant l'huile déposée sur ses parois internes. L'étape de suralimentation et l'étape de vaporisation à sec ne sont pas simultanées. L'étape de suralimentation succède à l'étape de vaporisation à sec. En d'autres termes, l'étape de vaporisation à sec constitue un premier mode de fonctionnement de l'installation de refroidissement et l'étape de suralimentation constitue un deuxième mode de fonctionnement de l'installation de refroidissement, ce deuxième mode de fonctionnement intervenant après le premier mode de fonctionnement. Thus, such a cooling method avoids the accumulation of oil in the active part of the exchanger. Indeed, during a supercharging step, the oil accumulated in the exchanger during the dry vaporization step is effectively removed. The oil is thus re-entrained and then discharged by the liquid refrigerant leaving the exchanger, the supercharging stage allowing somehow a rinsing of the exchanger by detaching the oil deposited on its inner walls. The supercharging step and the dry vaporization step are not simultaneous. The supercharging step follows the dry vaporization step. In other words, the dry vaporization step constitutes a first mode of operation of the cooling installation and the supercharging stage constitutes a second mode of operation of the cooling installation, this second mode of operation intervening after the first mode of operation.
Par conséquent, un tel procédé de refroidissement peut être mis en œuvre à basses températures, c'est-à-dire à des températures inférieures aux températures
minimales admissibles pour un procédé de refroidissement de l'art antérieur, typiquement en-deçà de -20°C. Therefore, such a cooling process can be carried out at low temperatures, i.e. at temperatures below the temperatures allowable minimum for a prior art cooling process, typically below -20 ° C.
Dans la présente demande, le terme « échangeur » désigne un échangeur thermique, c'est-à-dire un échangeur de chaleur. Dans l'échangeur, pendant que le fluide calorigène transfère des calories au fluide frigorigène, le fluide frigorigène transfère des frigories au fluide calorigène. À cet effet, l'échangeur présente au moins : une entrée de fluide frigorigène, une sortie de fluide frigorigène, une entrée de fluide calorigène et une sortie de fluide calorigène. In the present application, the term "exchanger" designates a heat exchanger, that is to say a heat exchanger. In the exchanger, while the heat transfer fluid transfers calories to the refrigerant, the refrigerant transfers frigories to the circulating fluid. For this purpose, the exchanger has at least: a refrigerant inlet, a refrigerant outlet, a circulating fluid inlet and a circulating fluid outlet.
Dans la présente demande, les verbes « raccorder », « relier », « alimenter » et leurs dérivés se rapportent à la mise en communication de fluide d'au moins deux volumes distants entre eux, pour permettre un écoulement de fluide entre ces deux volumes distants. Cet écoulement de fluide peut se faire par l'intermédiaire d'aucun, d'un ou de plusieurs composant(s), c'est-à-dire directement ou indirectement. In the present application, the verbs "connect", "connect", "feed" and their derivatives relate to the communication fluid of at least two volumes distant from each other, to allow a flow of fluid between these two volumes apart. This fluid flow can be via any one or more component (s), that is, directly or indirectly.
Selon une variante de l'invention, l'étape de vaporisation à sec a une première durée prédéterminée et l'étape de suralimentation a une deuxième durée prédéterminée, le rapport de la deuxième durée prédéterminée sur la première durée prédéterminée étant inférieur à 10%. According to a variant of the invention, the dry vaporization step has a first predetermined duration and the supercharging step has a second predetermined duration, the ratio of the second predetermined duration to the first predetermined duration being less than 10%.
En pratique, pour vaporiser tout le fluide frigorigène, il faut fournir une quantité de chaleur qui excède l'enthalpie de vaporisation du fluide frigorigène entré dans l'échangeur. À cet effet, on peut : In practice, to vaporize all the refrigerant, it is necessary to provide a quantity of heat that exceeds the enthalpy of vaporization of the refrigerant entering the exchanger. For this purpose, we can:
réguler la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur, par exemple en chauffant ce fluide frigorigène sortant, et/ou regulate the temperature of the refrigerant leaving the exchanger, for example by heating the outgoing refrigerant, and / or
réguler les débits du fluide frigorigène et du fluide calorigène entrant dans l'échangeur, de sorte que la quantité de chaleur fournie par le fluide calorigène excède l'enthalpie de vaporisation (chaleur latente) pour la quantité de fluide frigorigène entré dans l'échangeur. regulating the flows of the refrigerant and the heat transfer fluid entering the exchanger, so that the amount of heat supplied by the heat transfer fluid exceeds the evaporation enthalpy (latent heat) for the amount of refrigerant entering the exchanger.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de refroidissement comprend en outre une étape de cycle consistant à répéter cycliquement l'étape de vaporisation à sec et l'étape de suralimentation, l'étape de vaporisation à sec ayant une première durée prédéterminée et l'étape de suralimentation ayant une deuxième durée prédéterminée, un rapport de la deuxième durée prédéterminée sur la première durée prédéterminée étant de préférence inférieur à 10%.
Ainsi, un tel seuil pour ce rapport permet d'optimiser le rendement du procédé de refroidissement, car on minimise, pendant la deuxième durée, l'accumulation d'huile dans l'échangeur, et on maximise la vaporisation de fluide frigorigène pendant la première durée, laquelle est sensiblement plus courte que la deuxième durée. Le rapport est sélectionné en fonction des dimensions de l'installation de refroidissement, en particulier du type d'échangeur, du débit de fluide calorigène à refroidir etc. According to one embodiment of the invention, the cooling method further comprises a cycle step of cyclically repeating the dry vaporization step and the supercharging step, the dry vaporization step having a first duration predetermined and the supercharging step having a second predetermined duration, a ratio of the second predetermined duration to the first predetermined duration being preferably less than 10%. Thus, such a threshold for this ratio makes it possible to optimize the efficiency of the cooling process, since the accumulation of oil in the exchanger is minimized during the second period, and the vaporization of refrigerant during the first period is maximized. duration, which is substantially shorter than the second duration. The ratio is selected according to the dimensions of the cooling system, in particular the type of exchanger, the flow rate of circulating coolant, etc.
Selon une variante de l'invention, l'étape de suralimentation succède de préférence directement à l'étape de vaporisation à sec. Ainsi, on optimise la durée de rinçage de l'échangeur, pour évacuer l'huile accumulée. According to a variant of the invention, the supercharging step preferably succeeds directly to the dry vaporization step. Thus, it optimizes the rinsing time of the exchanger, to evacuate the accumulated oil.
De préférence, le compresseur contient une huile immiscible dans l'ammoniac liquide (NH3 liquide). Cette huile peut être par exemple une huile synthétique de type poly-alpha-oléfine (PAO). Preferably, the compressor contains an immiscible oil in liquid ammonia (liquid NH 3 ). This oil may be, for example, a synthetic oil of the polyalphaolefin (PAO) type.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre : According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises:
un réservoir de collecte agencé pour contenir du fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur et du fluide frigorigène gazeux sortant de l'échangeur, a collection tank arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger and the gaseous refrigerant leaving the exchanger,
un premier capteur, dit capteur de niveau bas, adapté pour émettre un premier signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte atteint un seuil inférieur prédéterminé, a first sensor, said low level sensor, adapted to emit a first signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined lower threshold,
un deuxième capteur, dit capteur de niveau haut, adapté pour émettre un deuxième signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte atteint un seuil supérieur prédéterminé, et a second sensor, called high level sensor, adapted to emit a second signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined upper threshold, and
- une unité de commande configurée pour commander l'installation de refroidissement de façon à réaliser : a control unit configured to control the cooling installation so as to carry out:
une première transition de l'étape de vaporisation à sec à l'étape de suralimentation lorsque le capteur de niveau bas émet le premier signal, puis a first transition from the dry vaporization stage to the supercharging stage when the low level sensor emits the first signal, then
une deuxième transition de l'étape de suralimentation à l'étape de vaporisation à sec lorsque le capteur de niveau haut émet le deuxième signal. a second transition from the supercharging step to the dry vaporization step when the high level sensor outputs the second signal.
Ainsi, la première transition permet, grâce au capteur de niveau bas, de commencer le rinçage de l'échangeur en vue d'évacuer l'huile qui s'y est accumulée pendant l'étape de vaporisation à sec. La deuxième transition permet,
grâce au capteur de niveau haut, d'éviter une accumulation de fluide frigorigène liquide non consommable dans le réservoir de collecte. Thus, the first transition makes it possible, thanks to the low level sensor, to begin flushing the exchanger in order to evacuate the oil that has accumulated there during the dry vaporization step. The second transition allows, thanks to the high level sensor, avoid accumulation of non-consumable liquid refrigerant in the collection tank.
Dans la présente demande, le terme « haut » qualifie un élément situé à une plus grande altitude qu'un élément « bas » lorsque l'installation de refroidissement est en service. Le niveau haut peut par exemple être fixé à environ 40% du volume du réservoir de collecte, tandis que le niveau bas peut par exemple être fixé à environ 10% du volume du réservoir de collecte. In the present application, the term "high" qualifies an element located at a higher altitude than a "low" element when the cooling installation is in service. The high level may for example be set at about 40% of the volume of the collection tank, while the low level may for example be set at about 10% of the volume of the collection tank.
De préférence, le réservoir de collecte reçoit un mélange de liquide frigorigène vaporisé et non-vaporisé lors de l'étape de suralimentation. Ainsi en se vaporisant le liquide vaporisé entraîne le liquide non-vaporisé. Le liquide frigorigène vaporisé peut être envoyé directement du réservoir de collecte vers un compresseur de cycle frigorifique. Preferably, the collection tank receives a mixture of vaporized and non-vaporized refrigerant during the supercharging step. Thus by vaporizing the vaporized liquid entrains the non-vaporized liquid. The vaporized refrigerant can be sent directly from the collection tank to a refrigerating cycle compressor.
De préférence, le réservoir de collecte ne reçoit pas du liquide frigorigène non-vaporisé lors de l'étape de vaporisation à sec. Preferably, the collection tank does not receive non-vaporized refrigerant during the dry vaporization step.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est configurée pour commander l'installation de refroidissement de façon à réaliser la première transition de sorte que le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur augmente progressivement, puis de façon à réaliser la deuxième transition de sorte que le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur diminue progressivement. According to one embodiment of the invention, the control unit is configured to control the cooling installation so as to perform the first transition so that the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger increases gradually, then way to achieve the second transition so that the flow of the liquid refrigerant entering the exchanger gradually decreases.
Ainsi, de telles transitions progressives ont un impact limité sur les performances globales de l'installation de refroidissement. Thus, such gradual transitions have a limited impact on the overall performance of the cooling plant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre : According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises:
- un réservoir d'alimentation adapté pour contenir du fluide frigorigène liquide sous une pression dite moyenne, par exemple de 5 barA, a feed tank adapted to contain liquid refrigerant under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
un pot séparateur adapté pour séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux sous une pression dite basse, par exemple de 1 ,2 barA, qui est inférieure à la pression moyenne, le pot séparateur étant agencé entre le réservoir d'alimentation et l'échangeur de façon à recevoir du fluide frigorigène du réservoir d'alimentation et à transmettre à l'échangeur du fluide frigorigène liquide de préférence par gravité,
une vanne de détente agencée entre le réservoir d'alimentation et une entrée de l'échangeur de façon à détendre le fluide frigorigène liquide de la pression moyenne à la basse pression, a separator pot adapted to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant under a so-called low pressure, for example of 1.2 barA, which is lower than the average pressure, the separator pot being arranged between the supply tank and the exchanger so as to receive refrigerant from the supply tank and to transmit liquid refrigerant preferably by gravity to the exchanger, an expansion valve arranged between the supply tank and an inlet of the exchanger so as to relax the liquid refrigerant from the mean pressure to the low pressure,
un réservoir de collecte agencé pour contenir du fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur et du fluide frigorigène gazeux sortant de l'échangeur, de façon à récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur et à séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide, a collection tank arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger and the gaseous refrigerant leaving the exchanger, so as to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger and to separate any excess refrigerant liquid,
Le procédé de refroidissement comprenant en outre une étape de de commande dans laquelle la section débitante de la vanne de détente est régulée de façon à condenser l'essentiel du débit de fluide calorigène disponible, notamment en régulant une pression de fluide calorigène à l'entrée de l'échangeur, et ainsi à contrôler le débit de fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur. The cooling method further comprises a control step in which the flow section of the expansion valve is regulated so as to condense the bulk of the flow of available heat transfer fluid, in particular by regulating a caloric fluid pressure at the inlet of the exchanger, and thus to control the flow of liquid refrigerant entering the exchanger.
Ainsi, il est possible de récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur et de séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide. Le pot séparateur traite un débit vapeur faible, égal à la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash »). Le pot séparateur peut être compact et en particulier avoir un volume plus petit que le réservoir d'alimentation et que le réservoir de collecte. Cette compacité du pot séparateur permet de placer le pot séparateur, donc l'échangeur en hauteur, typiquement au-dessus d'une colonne de distillation. Dans certaines configurations, placer l'échangeur en hauteur permet d'éviter l'installation d'une pompe destinée à alimenter le fluide calorigène en tête d'une colonne de distillation. Thus, it is possible to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger and to separate any excess liquid refrigerant. The separator pot processes a low vapor flow, equal to the fraction vaporized by free expansion of the medium pressure at low pressure (process called "flash"). The separator pot may be compact and in particular have a smaller volume than the feed tank and the collection tank. This compactness of the separator pot makes it possible to place the separator pot, therefore the exchanger in height, typically above a distillation column. In certain configurations, placing the exchanger in height avoids the installation of a pump for supplying the circulating fluid at the head of a distillation column.
Suivant une alternative à cette variante, le procédé de refroidissement est réalisé sans pot séparateur, ce qui permet de simplifier l'installation de refroidissement. Dans ce cas, l'échangeur est alimenté avec un fluide frigorigène diphasique, ce qui peut cependant diminuer les performances de l'échangeur à cause d'une mauvaise distribution du fluide frigorigène dans l'échangeur. According to an alternative to this variant, the cooling process is performed without separator pot, which simplifies the cooling installation. In this case, the exchanger is fed with a two-phase refrigerant, which can however reduce the performance of the exchanger because of poor distribution of the refrigerant in the exchanger.
Dans un procédé de refroidissement de l'art antérieur, le récipient remplissant la fonction de pot séparateur devait être placé à grande hauteur, ce qui rendait son accès difficile. En outre, dans un procédé de refroidissement de l'art antérieur, ce même récipient devait avoir un très grand volume, ce qui représentait des risques pour la sécurité des personnes ou pour l'intégrité du matériel, car certains fluides frigorigènes et/ou calorigènes produisent une atmosphère explosible. Alternativement, dans un autre procédé de refroidissement de l'art
antérieur, l'échangeur était placé au sol et il était nécessaire de prévoir une pompe pour renvoyer le fluide calorigène liquide en tête de colonne de distillation. In a cooling process of the prior art, the container filling the function of separator pot had to be placed at high height, which made access difficult. In addition, in a cooling process of the prior art, the same container had to have a very large volume, which represented risks to the safety of people or to the integrity of the equipment, because some refrigerants and / or calorigenic produce an explosive atmosphere. Alternatively, in another art cooling process previous, the heat exchanger was placed on the ground and it was necessary to provide a pump to return the liquid heat transfer fluid at the top of the distillation column.
Selon une variante de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre une conduite de dérivation raccordant le pot séparateur directement à la sortie de l'échangeur, le procédé de refroidissement comprenant une étape consistant à dériver du fluide frigorigène gazeux depuis le pot séparateur vers la sortie de l'échangeur. Ainsi, la conduite de dérivation permet de renvoyer la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash ») vers l'aspiration du compresseur. According to a variant of the invention, the cooling installation further comprises a bypass line connecting the separator pot directly to the outlet of the exchanger, the cooling method comprising a step of deriving gaseous refrigerant from the pot separator towards the exit of the exchanger. Thus, the bypass line makes it possible to return the vaporized fraction by free expansion from the medium pressure to the low pressure (so-called "flash" process) towards the suction of the compressor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le réservoir de collecte opère une séparation diphasique du fluide frigorigène de façon à séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux, le procédé de refroidissement comprenant en outre une étape de canalisation dans laquelle le fluide frigorigène gazeux est canalisé depuis le réservoir de collecte à destination du compresseur. According to one embodiment of the invention, the collection tank operates a two-phase separation of the refrigerant so as to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant, the cooling process further comprising a channeling step in which the refrigerant gas is channeled from the collection tank to the compressor.
Ainsi, une telle séparation de phases du fluide frigorigène permet de récupérer le fluide frigorigène gazeux puis de le recondenser après compression avant de le rediriger vers l'échangeur. Thus, such a phase separation of the refrigerant makes it possible to recover the gaseous refrigerant and then recondense it after compression before redirecting it to the exchanger.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre des moyens de régulation pour transférer de la chaleur au fluide frigorigène, de façon à surchauffer le fluide frigorigène sortant de l'échangeur, de préférence par régulation du débit du fluide frigorigène et du débit du fluide calorigène de sorte que la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée du fluide frigorigène, calculée à la pression opératoire, par exemple de 1 ,2 barA. According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises regulating means for transferring heat to the refrigerant so as to superheat the refrigerant leaving the exchanger, preferably by regulating the flow rate. of the refrigerant and the flow rate of the circulating fluid so that the temperature of the refrigerant leaving the exchanger is at least 3 ° C higher than the dew point temperature of the refrigerant, calculated at the operating pressure, for example of 1, 2 barA.
En d'autres termes, on surchauffe le fluide frigorigène dans l'échangeur ou à sa sortie. Ainsi, de tels moyens de régulation permettent de fournir au fluide frigorigène une quantité de chaleur qui excède l'enthalpie de vaporisation pour la quantité de fluide frigorigène entré dans l'échangeur, ce qui permet de réaliser l'étape de vaporisation à sec. In other words, the refrigerant is superheated in the exchanger or at its outlet. Thus, such regulating means make it possible to supply the refrigerant with a quantity of heat which exceeds the enthalpy of vaporization for the quantity of refrigerant entering the exchanger, which makes it possible to carry out the dry vaporization step.
Alternativement ou concomitamment à la surchauffe par les moyens de régulation, on peut réguler les débits du fluide frigorigène et du fluide calorigène entrant dans l'échangeur, de sorte que la quantité de chaleur fournie par le fluide calorigène excède l'enthalpie de vaporisation (chaleur latente) pour la quantité de fluide frigorigène entré dans l'échangeur, de sorte que la température du fluide
frigorigène sortant de l'échangeur est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée dudit fluide frigorigène, calculée à la pression opératoire, par exemple de 1 .2 barA. Alternatively or concomitantly with the superheating by the regulating means, it is possible to regulate the flow rates of the refrigerant and the heat transfer fluid entering the exchanger, so that the quantity of heat supplied by the circulating fluid exceeds the evaporation enthalpy (heat latent) for the amount of refrigerant entering the exchanger, so that the fluid temperature refrigerant leaving the exchanger is at least 3 ° C higher than the dew point temperature of said refrigerant, calculated at operating pressure, for example 1 .2 barA.
En pratique pour réaliser cette surchauffe, le procédé de refroidissement peut comprendre en outre une étape de commande dans laquelle la section débitante de la vanne de détente est régulée de façon à assurer la surchauffe du fluide frigorigène en sortie de l'échangeur, notamment en régulant l'écart de température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur avec la température de point de rosée dudit fluide frigorigène. In practice to achieve this superheating, the cooling process may further comprise a control step in which the flow section of the expansion valve is regulated so as to ensure the overheating of the refrigerant at the outlet of the exchanger, in particular by regulating the temperature difference of the refrigerant leaving the exchanger with the dew point temperature of said refrigerant.
L'écart d'au moins 3°C entre la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur et la température de l'équilibre diphasique permet de garantir la vaporisation de tout le fluide frigorigène liquide en s'affranchissant des incertitudes de mesure. The difference of at least 3 ° C between the temperature of the refrigerant leaving the exchanger and the temperature of the two-phase equilibrium makes it possible to guarantee the vaporization of all the liquid refrigerant while avoiding the uncertainties of measurement.
Tout fluide frigorigène vaporisé dans l'échangeur, pendant la vaporisation à sec et éventuellement pendant le suralimentation, est envoyé de l'échangeur vers le compresseur en passant par le réservoir de collecte. Any refrigerant vaporized in the exchanger, during the dry vaporization and possibly during the supercharging, is sent from the exchanger to the compressor through the collection tank.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide frigorigène est sélectionné dans le groupe constitué de l'ammoniac, du fréon, de l'éthane, du propane et de tout mélange desdits fluides frigorigènes, et le fluide calorigène est sélectionné dans le groupe constitué du dioxyde de carbone, du protoxyde d'azote, des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures dont la molécule comprend deux à quatre atomes de carbone, ou tout mélange desdits fluides calorigènes, avec éventuellement des impuretés telles que l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le méthane et/ou le monoxyde de carbone. According to one embodiment of the invention, the refrigerant is selected from the group consisting of ammonia, freon, ethane, propane and any mixture of said refrigerants, and the circulating fluid is selected in the group consisting of carbon dioxide, nitrous oxide, hydrocarbons, in particular hydrocarbons whose molecule comprises two to four carbon atoms, or any mixture of said calorogenic fluids, with possibly impurities such as nitrogen, oxygen, hydrogen, methane and / or carbon monoxide.
Ainsi, de tels fluides frigorigène et calorigène permettent d'obtenir des vapeurs et des condensais spécifiques à certaines applications. Thus, such refrigerant and calorigenic fluids allow to obtain vapors and condensates specific to certain applications.
Selon une variante de l'invention, le procédé de refroidissement met en œuvre concomitamment plusieurs fluides frigorigènes et/ou plusieurs fluides calorigènes. According to a variant of the invention, the cooling method implements concomitantly several refrigerants and / or several heat transfer fluids.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide frigorigène est de l'ammoniac, le fluide calorigène étant par exemple du dioxyde de carbone pur ou impur, et la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur est comprise entre -20°C et -50°C, par exemple égale à environ -30°C.
Ainsi, l'ammoniac permet de réaliser un procédé de refroidissement à basse température. La température de -26°C est supérieure de 4°C à la température de l'équilibre diphasique de l'ammoniac qui est de -30°C sous une pression de 1 ,2 barA. According to one embodiment of the invention, the refrigerant is ammonia, the circulating fluid being, for example, pure or impure carbon dioxide, and the temperature of the refrigerant leaving the exchanger is between -20.degree. C and -50 ° C, for example equal to about -30 ° C. Thus, ammonia makes it possible to carry out a cooling process at low temperature. The temperature of -26 ° C. is 4 ° C. higher than the temperature of the two-phase equilibrium of ammonia which is -30 ° C. under a pressure of 1.2 barA.
Ainsi, l'installation de refroidissement peut fonctionner en vaporisation à sec à des températures plus basses qu'une installation de refroidissement de l'art antérieur, tout en présentant des avantages de compacité et de faible quantité de fluide frigorigène. Thus, the cooling plant can operate in dry vaporization at lower temperatures than a prior art cooling plant, while having the advantages of compactness and low refrigerant amount.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de suralimentation, le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur est déterminé de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur comprend une masse de fluide frigorigène liquide représentant au moins 10% de la masse de fluide frigorigène gazeux. According to one embodiment of the invention, during the supercharging step, the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger is determined so that the refrigerant leaving the exchanger comprises a mass of liquid refrigerant representing at least 10% of the mass of gaseous refrigerant.
En d'autres termes, on assure un excès de liquide représentant de préférence entre 10% et 100% de la masse de fluide frigorigène vaporisé. Par exemple, pour 2 kg d'ammoniac liquide entrant, un excès de 100% représente 1 kg d'ammoniac liquide sortant et 1 kg d'ammoniac gazeux sortant, tandis qu'un excès de 10% représente 0,2 kg d'ammoniac liquide sortant et 1 ,8 kg d'ammoniac gazeux sortant. In other words, it ensures an excess of liquid preferably representing between 10% and 100% of the mass of vaporized refrigerant. For example, for 2 kg of liquid ammonia entering, an excess of 100% represents 1 kg of liquid ammonia leaving and 1 kg of ammonia gas leaving, while a 10% excess represents 0.2 kg of ammonia outgoing liquid and 1.8 kg of ammonia gas exiting.
Ainsi, un tel excès de fluide frigorigène liquide permet une évacuation particulièrement efficace de l'huile hors de l'échangeur. Thus, such an excess of liquid refrigerant allows a particularly effective removal of the oil from the exchanger.
Par ailleurs, la présente invention a pour objet une installation de refroidissement, destinée à refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, l'installation de refroidissement comportant au moins un échangeur adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de refroidissement comprenant un compresseur adapté pour comprimer du fluide frigorigène. Moreover, the subject of the present invention is a cooling installation, intended to cool a heat transfer fluid by heat exchange with a refrigerant, for example to condense gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia, the installation of cooling device comprising at least one exchanger adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the cooling installation comprising a compressor adapted for compressing refrigerant.
Cette installation de refroidissement se caractérise en ce qu'elle comporte en outre une unité de commande configurée pour faire fonctionner l'installation de refroidissement suivant : This cooling system is characterized in that it further comprises a control unit configured to operate the following cooling system:
une étape dite de vaporisation à sec incluant des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) vaporiser tout le fluide frigorigène s'écoulant dans l'échangeur, et
une étape dite de suralimentation qui intervient après l'étape dite de vaporisation à sec et qui inclut des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) ajuster le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur est composé totalement ou partiellement de fluide frigorigène liquide. a so-called dry vaporization step including actions of: i) supplying the exchanger with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) vaporizing all the refrigerant flowing in the exchanger, and a so-called supercharging step which takes place after the so-called dry vaporization step and which includes actions consisting in: i) supplying the exchanger (6) with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) adjusting the flow rate of the fluid liquid refrigerant entering the exchanger so that the refrigerant leaving the exchanger is composed wholly or partially of liquid refrigerant.
Ainsi, une telle installation de refroidissement permet d'éviter l'accumulation d'huile dans la partie active de l'échangeur. En effet, lors d'une étape de suralimentation, l'huile accumulée dans l'échangeur lors des étapes de vaporisation à sec peut être évacuée efficacement. L'étape de suralimentation permet en quelque sorte un rinçage de l'échangeur en y décollant l'huile déposée sur ses parois internes. Ainsi, une telle installation de refroidissement ne nécessite pas de système de recirculation du liquide en excès en sortie de l'échangeur, que ce soit par pompe ou par thermosiphon. Thus, such a cooling installation avoids the accumulation of oil in the active part of the exchanger. Indeed, during a supercharging step, the oil accumulated in the exchanger during the dry vaporization steps can be evacuated effectively. The supercharging stage allows somehow a rinsing of the exchanger by detaching the oil deposited on its inner walls. Thus, such a cooling installation does not require a system for recirculation of the excess liquid at the outlet of the exchanger, whether by pump or by thermosiphon.
Par conséquent, une telle installation de refroidissement peut être mise en œuvre à basses températures, c'est-à-dire à des températures inférieures aux températures minimales admissibles pour une installation de refroidissement de l'art antérieur, typiquement en-deçà de -20°C. Therefore, such a cooling plant can be operated at low temperatures, i.e. at temperatures below the minimum allowable temperatures for a prior art cooling plant, typically below -20. ° C.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'échangeur est un échangeur à plaques, de préférence en aluminium brasé. According to one embodiment of the invention, the exchanger is a plate exchanger, preferably brazed aluminum.
Ainsi, un tel échangeur peut traiter efficacement des débits importants de fluides frigorigène et calorigène et peut assurer une vitesse minimale de fluide frigorigène permettant l'entraînement de l'huile, tout en présentant un encombrement, un poids et un coût réduit. Thus, such an exchanger can effectively handle large flow rates of refrigerant and heat sink and can provide a minimum refrigerant speed for driving the oil, while having a footprint, weight and reduced cost.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre : According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises:
un réservoir de collecte agencé pour contenir du fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur et du fluide frigorigène gazeux sortant de l'échangeur, de façon à récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur et à séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide, a collection tank arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger and the gaseous refrigerant leaving the exchanger, so as to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger and to separate any excess refrigerant liquid,
un premier capteur, dit capteur de niveau bas, adapté pour émettre un premier signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte atteint un seuil inférieur prédéterminé, et
un deuxième capteur, dit capteur de niveau haut, adapté pour émettre un deuxième signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte atteint un seuil supérieur prédéterminé. a first sensor, said low level sensor, adapted to emit a first signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined lower threshold, and a second sensor, said high level sensor, adapted to emit a second signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank reaches a predetermined upper threshold.
Ainsi, le capteur de niveau bas permet de commencer le rinçage de l'échangeur en vue d'évacuer l'huile qui s'y est accumulée pendant l'étape de vaporisation à sec. Le capteur de niveau haut permet d'éviter une accumulation de fluide frigorigène liquide non consommable. Les capteurs de niveaux haut et bas permettent de faire fonctionner cycliquement un procédé de refroidissement conforme à l'invention. Thus, the low level sensor makes it possible to begin flushing the exchanger in order to evacuate the oil that has accumulated there during the dry vaporization step. The high level sensor prevents accumulation of non-consumable liquid refrigerant. The high and low level sensors make it possible to cyclically operate a cooling method according to the invention.
Selon une variante de l'invention, le capteur de niveau haut et le capteur de niveau bas sont sélectionnés dans le groupe comprenant un capteur capacitif et un capteur inductif, le capteur de niveau haut et le capteur de niveau bas étant agencés sur une paroi du réservoir de collecte de façon à détecter la présence du fluide frigorigène liquide respectivement à une altitude haute et à une altitude basse. Ainsi, de tels capteurs de niveau bas et de niveau haut permettent durablement des détections précises des altitudes haute et basse. According to a variant of the invention, the high level sensor and the low level sensor are selected from the group comprising a capacitive sensor and an inductive sensor, the high level sensor and the low level sensor being arranged on a wall of the device. collection tank so as to detect the presence of the liquid refrigerant respectively at a high altitude and at a low altitude. Thus, such low level and high level sensors durably allow precise detections of the high and low altitudes.
Selon une variante de l'invention, le réservoir de collecte comprend un orifice de vidange de l'huile décantée par gravité dans le réservoir de collecte. Ainsi, on peut recueillir l'huile évacuée de l'échangeur. Cet orifice de vidange est situé dans le bas du réservoir de collecte. According to a variant of the invention, the collection tank comprises a discharge orifice of the oil decanted by gravity in the collection tank. Thus, the oil discharged from the exchanger can be collected. This drain hole is located in the bottom of the collection tank.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre un échangeur secondaire relié fluidiquement à l'échangeur et au réservoir de collecte de façon à transférer de la chaleur du fluide calorigène provenant de l'échangeur au fluide frigorigène liquide provenant du réservoir de collecte. According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises a secondary heat exchanger fluidically connected to the heat exchanger and the collection tank so as to transfer heat from the heat transfer fluid from the exchanger to the refrigerant. liquid from the collection tank.
Ainsi, l'échangeur secondaire, usuellement dénommé « sous-refroidisseur », permet de « consommer » du fluide frigorigène liquide en contribuant à le vaporiser. Le sous-refroidisseur peut fonctionner suivant le principe du thermosiphon. Thus, the secondary heat exchanger, usually called "subcooler" allows to "consume" liquid refrigerant by contributing to the vaporize. The subcooler can operate according to the thermosiphon principle.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comporte en outre : According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises:
un réservoir d'alimentation adapté pour contenir du fluide frigorigène liquide sous une pression dite moyenne, par exemple de 5 barA, a feed tank adapted to contain liquid refrigerant under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
un pot séparateur adapté pour séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux sous une pression dite basse, par exemple de 1 ,2 barA,
qui est inférieure à la pression moyenne, le pot séparateur reliant le réservoir d'alimentation à l'échangeur de façon à recevoir du fluide frigorigène du réservoir d'alimentation et à alimenter l'échangeur en fluide frigorigène liquide de préférence par gravité, le volume du pot séparateur étant inférieur au volume du réservoir d'alimentation, et a separator pot adapted to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant under a so-called low pressure, for example 1, 2 barA, which is lower than the average pressure, the separator pot connecting the feed tank to the exchanger so as to receive refrigerant from the supply tank and to supply the exchanger liquid refrigerant preferably by gravity, the volume the separator pot being smaller than the volume of the feed tank, and
une vanne de détente agencée entre le réservoir d'alimentation et une entrée de l'échangeur de façon à détendre le fluide frigorigène liquide de la pression moyenne à la basse pression et ainsi à contrôler le débit de fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur.L'installation ne comprend aucun moyen pour envoyer du fluide frigorigène vaporisé dans l'échangeur de l'échangeur vers le compresseur sans passer par le réservoir de collecte. an expansion valve arranged between the supply tank and an inlet of the exchanger so as to relax the liquid refrigerant from the mean pressure to the low pressure and thus to control the flow of liquid refrigerant entering the exchanger. The installation does not include any means for sending vaporized refrigerant into the exchanger of the exchanger to the compressor without passing through the collection tank.
En pratique, on peut réguler, grâce à la vanne de détente le débit entrant dans l'échangeur de façon à condenser l'essentiel du débit de fluide calorigène disponible, notamment en régulant une pression de fluide calorigène en entrée ou en sortie de l'échangeur. Avantageusement, la régulation de la section débitante de la vanne de détente peut être réalisée par un organe de commande, notamment en fonction des dimensions de l'installation de refroidissement, en particulier de l'échangeur, et des débits des fluides calorigène et frigorigène. In practice, it is possible to regulate, by means of the expansion valve, the flow entering the exchanger so as to condense the bulk of the flow of available heat-exchange fluid, in particular by regulating a caloric fluid pressure at the inlet or the outlet of the heat exchanger. exchanger. Advantageously, the regulation of the flow section of the expansion valve can be carried out by a control member, in particular according to the dimensions of the cooling system, in particular the exchanger, and the flows of the circulating and refrigerant fluids.
Ainsi, il est possible de récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur et de séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide. Le pot séparateur traite un débit vapeur faible, égal à la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash »). La compacité du pot séparateur permet de placer le pot séparateur, donc l'échangeur en hauteur, typiquement au-dessus d'une colonne de distillation. Dans certaines configurations, placer l'échangeur en hauteur permet en outre de faire circuler le fluide calorigène sans pompe. Thus, it is possible to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger and to separate any excess liquid refrigerant. The separator pot processes a low vapor flow, equal to the fraction vaporized by free expansion of the medium pressure at low pressure (process called "flash"). The compactness of the separator pot makes it possible to place the separator pot, therefore the exchanger in height, typically above a distillation column. In certain configurations, placing the exchanger in height also makes it possible to circulate the circulating fluid without a pump.
Suivant une alternative à cette variante, le procédé de refroidissement est réalisé sans pot séparateur, ce qui permet de simplifier l'installation de refroidissement. Dans ce cas, l'échangeur est alimenté avec un fluide frigorigène diphasique, ce qui peut cependant diminuer les performances de l'échangeur. According to an alternative to this variant, the cooling process is performed without separator pot, which simplifies the cooling installation. In this case, the exchanger is supplied with a two-phase refrigerant, which can however reduce the performance of the exchanger.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de refroidissement comprend en outre une conduite de dérivation raccordant le pot séparateur directement à la sortie de l'échangeur.
Ainsi, la conduite de dérivation permet de renvoyer la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression à la basse pression (procédé dit « flash ») vers l'aspiration du compresseur. According to one embodiment of the invention, the cooling installation further comprises a branch line connecting the separator pot directly to the outlet of the exchanger. Thus, the bypass line makes it possible to return the vaporized fraction by free expansion from the medium pressure to the low pressure (so-called "flash" process) towards the suction of the compressor.
De manière symétrique, l'invention a pour objet un procédé de vaporisation, pour vaporiser à basse température un fluide frigorigène par échange thermique avec un fluide calorigène, par exemple pour vaporiser de l'ammoniac par échange thermique avec du dioxyde de carbone, le procédé de vaporisation mettant en œuvre une installation de vaporisation comportant au moins un échangeur adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de vaporisation étant reliée à un compresseur adapté pour comprimer du fluide frigorigène, In a symmetrical manner, the subject of the invention is a vaporization method, for vaporising a refrigerant at low temperature by heat exchange with a heat-generating fluid, for example for vaporizing ammonia by thermal exchange with carbon dioxide, the process spraying device implementing a vaporization installation comprising at least one heat exchanger adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the vaporization installation being connected to a compressor adapted for compressing refrigerant,
le procédé de vaporisation comprenant une étape dite de vaporisation à sec, dans laquelle on alimente l'échangeur en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et dans laquelle on vaporise tout le fluide frigorigène liquide s'écoulant dans l'échangeur, the vaporization process comprising a so-called dry vaporization stage, in which the heat exchanger is supplied with circulating fluid and liquid refrigerant, and in which all the liquid refrigerant flowing in the exchanger is vaporized,
le procédé de vaporisation étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dite de suralimentation dans laquelle le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur est déterminé de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur comprend du fluide frigorigène liquide. the vaporization process being characterized in that it further comprises a so-called supercharging step in which the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger is determined so that the refrigerant leaving the exchanger comprises liquid refrigerant .
Les modes de réalisation et les variantes mentionnés ci-avant peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement admissible. The embodiments and variants mentioned above may be taken individually or in any technically permissible combination.
La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : The present invention will be well understood and its advantages will also emerge in the light of the description which follows, given solely by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation de refroidissement conforme à l'invention, au cours d'une première étape d'un procédé de refroidissement conforme à l'invention ; - Figure 1 is a schematic view of a cooling system according to the invention, during a first step of a cooling method according to the invention;
la figure 2 est une vue schématique de l'installation de la figure 1 , au cours d'une deuxième étape du procédé de refroidissement conforme à l'invention ; Figure 2 is a schematic view of the installation of Figure 1, during a second step of the cooling method according to the invention;
- la figure 3 est un logigramme illustrant schématiquement un procédé de refroidissement conforme à l'invention ; et FIG. 3 is a logic diagram schematically illustrating a cooling method according to the invention; and
la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 d'une installation de refroidissement conforme à une variante de l'invention.
Les figures 1 et 2 illustrent un système de refroidissement 1 qui est destiné à refroidir du dioxyde de carbone (CO2), en tant que fluide calorigène, par échange thermique avec de l'ammoniac (NH3), en tant que fluide frigorigène. Le système de refroidissement 1 comprend une installation de refroidissement 2 et un compresseur 4 adapté pour comprimer du fluide frigorigène. Figure 4 is a view similar to Figure 1 of a cooling system according to a variant of the invention. Figures 1 and 2 illustrate a cooling system 1 which is intended to cool carbon dioxide (CO 2 ) as a heat transfer fluid, by heat exchange with ammonia (NH 3 ), as a refrigerant. The cooling system 1 comprises a cooling system 2 and a compressor 4 adapted to compress refrigerant.
Pour faciliter la lecture des figures 1 et 2, les écoulements d'ammoniac dans l'installation de refroidissement 2 sont représentés : To facilitate the reading of FIGS. 1 and 2, the flows of ammonia in the cooling installation 2 are represented:
par des traits interrompus forts lorsque l'ammoniac s'écoule seulement en phase vapeur (NH3 vapeur, référence 15), et by strong broken lines when the ammonia only flows in the vapor phase (NH 3 vapor, reference 15), and
- par des traits continus forts lorsque l'ammoniac s'écoule seulement en phase liquide (NH3 liquide, référence 17) ou en mélange de phase liquide et de phase vapeur (NH3 liquide+vapeur). - by strong continuous lines when the ammonia flows only in the liquid phase (liquid NH 3 , reference 17) or in liquid phase and vapor phase mixture (NH 3 liquid + vapor).
De plus, dans chaque réservoir illustré aux figures 1 et 2, seul l'ammoniac liquide (NH3 liquide) est représenté, pas l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) ; cependant, l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) est présent dans chaque réservoir illustré aux figures 1 et 2 au-dessus de l'ammoniac liquide (NH3 liquide). Moreover, in each tank illustrated in FIGS. 1 and 2, only liquid ammonia (liquid NH 3 ) is represented, not steam ammonia (NH 3 vapor); however, steam ammonia (NH 3 vapor) is present in each tank illustrated in Figures 1 and 2 above the liquid ammonia (liquid NH 3 ).
En outre, le système de refroidissement 1 comprend un condenseur 5 qui est disposé en aval du compresseur 4 et qui est adapté pour condenser le fluide frigorigène. Dans l'exemple de la figure 1 , le condenseur 5 est un condenseur évaporatif. In addition, the cooling system 1 comprises a condenser 5 which is disposed downstream of the compressor 4 and which is adapted to condense the refrigerant. In the example of Figure 1, the condenser 5 is an evaporative condenser.
Le compresseur 4 est ici de type compresseur à vis lubrifiées. Le compresseur 4 coopère avec un condenseur évaporatif de façon à liquéfier de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) à température atmosphérique, avec un receveur haute pression 19 (ici à 12 barA) et avec une étape de détente permettant d'amener l'ammoniac liquide (NH3 liquide) à la moyenne pression (ici 5 barA). The compressor 4 is here screw compressor type lubricated. The compressor 4 cooperates with an evaporative condenser so as to liquefy steam ammonia (NH 3 vapor) at atmospheric temperature, with a high-pressure receiver 19 (here at 12 barA) and with an expansion step to bring the liquid ammonia (liquid NH3) at medium pressure (here 5 barA).
Le compresseur 4 lubrifié contient une huile immiscible dans l'ammoniac liquide (NH3 liquide). Cette huile peut être par exemple une huile synthétique de type poly-alpha-oléfine (PAO). Cette grande viscosité cinématique permet à cette huile de former avec le fluide frigorigène une émulsion assez légère pour permettre son transport. The lubricated compressor 4 contains an immiscible oil in liquid ammonia (liquid NH 3 ). This oil may be, for example, a synthetic oil of the polyalphaolefin (PAO) type. This high kinematic viscosity allows this oil to form with the refrigerant an emulsion light enough to allow its transport.
Dans le système de refroidissement 1 , l'installation de refroidissement 2 est reliée au compresseur 4. L'installation de refroidissement 2 est destinée à condenser sous forme liquide (CO2 liquide, référence 13) du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) par échange thermique avec l'ammoniac (NH3). À cet effet,
l'installation de refroidissement 2 comporte un échangeur 6 qui est adapté pour transférer de la chaleur du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) à l'ammoniac (NH3). L'échangeur 6 est ici un échangeur à plaques et à ailettes formé en aluminium brasé. In the cooling system 1, the cooling system 2 is connected to the compressor 4. The cooling system 2 is intended to condense in liquid form (liquid CO 2 , reference 13) carbon dioxide gas (CO 2 gas) by heat exchange with ammonia (NH 3 ). For this purpose, the cooling system 2 comprises an exchanger 6 which is adapted to transfer heat from the gaseous carbon dioxide (CO 2 gas) to the ammonia (NH 3 ). The exchanger 6 is here a plate and fin heat exchanger formed of brazed aluminum.
L'installation de refroidissement 2 comporte en outre une unité de commande 8, qui est ici une unité de commande électronique, configurée pour faire fonctionner l'installation de refroidissement 2 suivant un procédé de refroidissement conforme à l'invention et détaillé ci-après. The cooling installation 2 further comprises a control unit 8, which is here an electronic control unit, configured to operate the cooling installation 2 according to a cooling method according to the invention and detailed below.
L'installation de refroidissement 2 comporte en outre un réservoir de collecte 10 qui est agencé pour contenir de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) et de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) qui sortent de l'échangeur 6, de façon à récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur 6 et à séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide. L'installation de refroidissement 2 comprend une canalisation de sortie 1 1 qui relie l'échangeur 6 au réservoir de collecte 10, de façon à canaliser l'ammoniac sortant de l'échangeur 6. Dans l'exemple des figures, le réservoir de collecte 10 a un volume total d'environ 2000 L. En service, le réservoir de collecte 10 fonctionne sous une pression dite basse, qui est comprise entre 1 barA et 1 ,5 barA, par exemple 1 ,2 barA. The cooling system 2 further comprises a collection tank 10 which is arranged to contain liquid ammonia (liquid NH 3 ) and steam ammonia (NH 3 vapor) which exit the exchanger 6, so that recovering the oil entrained at the outlet of the exchanger 6 and separating any excess liquid refrigerant. The cooling installation 2 comprises an outlet duct 11 which connects the exchanger 6 to the collection tank 10, so as to channel the ammonia leaving the exchanger 6. In the example of the figures, the collection tank 10 has a total volume of about 2000 L. In use, the collection tank 10 operates under a so-called low pressure, which is between 1 barA and 1.5 barA, for example 1, 2 barA.
L'installation de refroidissement 2 comporte en outre : The cooling installation 2 further comprises:
- un premier capteur, dit capteur de niveau bas 12, qui est adapté pour émettre un premier signal lorsque le volume d'ammoniac liquide (NH3 liquide) contenu dans le réservoir de collecte 10 atteint un seuil inférieur prédéterminé 10.12, et a first sensor, called low level sensor 12, which is adapted to emit a first signal when the volume of liquid ammonia (liquid NH 3 ) contained in the collection tank 10 reaches a predetermined lower threshold 10.12, and
un deuxième capteur, dit capteur de niveau haut 14, adapté pour émettre un deuxième signal lorsque le volume d'ammoniac liquide (NH3 liquide) contenu dans le réservoir de collecte 10 atteint un seuil supérieur prédéterminé 10.14. a second sensor, said high level sensor 14, adapted to emit a second signal when the volume of liquid ammonia (NH 3 liquid) contained in the collection tank 10 reaches a predetermined upper threshold 10.14.
Le capteur de niveau bas 1 2 et le capteur de niveau haut 14 sont ici formés chacun par un capteur capacitif. Le capteur de niveau bas 12 et le capteur de niveau haut 14 sont agencés sur une paroi du réservoir de collecte 10 de façon à détecter la présence d'ammoniac liquide (NH3 liquide) respectivement à une altitude basse et à une altitude haute, par rapport au fond du réservoir de collecte 10. L'altitude basse et à l'altitude haute définissent respectivement le seuil inférieur prédéterminé 10.12 et le seuil supérieur prédéterminé 10.14.
Le réservoir de collecte 10 comprend un orifice de vidange 1 6 pour vidanger l'huile décantée par gravité dans le réservoir de collecte 10. En service, l'huile présente dans le réservoir de collecte 10 se décante, et l'unité de commande 8 peut ouvrir régulièrement un clapet obturant l'orifice de vidange 16, de façon à vidanger toute ou partie de l'huile. The low level sensor 1 2 and the high level sensor 14 are here each formed by a capacitive sensor. The low level sensor 12 and the high level sensor 14 are arranged on a wall of the collection tank 10 so as to detect the presence of liquid ammonia (liquid NH 3) respectively at a low altitude and at a high altitude, relative to at the bottom of the collection tank 10. The low altitude and the high altitude respectively define the predetermined lower threshold 10.12 and the predetermined upper threshold 10.14. The collection tank 10 comprises a drain port 1 6 for draining the oil settled by gravity in the collection tank 10. In use, the oil in the collection tank 10 decants, and the control unit 8 can regularly open a valve closing the drain port 16, so as to drain all or part of the oil.
De plus, l'installation de refroidissement 2 comporte : In addition, the cooling installation 2 comprises:
- un réservoir d'alimentation 18 adapté pour contenir de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) sous une pression dite moyenne, par exemple de 5 barA, a feed tank 18 adapted to contain liquid ammonia (liquid NH3) under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
- un pot séparateur 20 adapté pour séparer l'ammoniac liquide (NH3 liquide) de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) sous une pression dite basse, par exemple de a separator pot 20 adapted to separate the liquid ammonia (liquid NH 3) from the steam ammonia (NH 3 vapor) under a so-called low pressure, for example from
1 ,2 barA, qui est inférieure à la pression moyenne, et 1, 2 barA, which is below the average pressure, and
- une vanne de détente 22 agencée entre le réservoir d'alimentation 18 et l'entrée de l'échangeur 6, ici en amont du pot séparateur 20, de façon à détendre l'ammoniac liquide (NH3 liquide) de la pression moyenne (e.g. 5 barA) à la basse pression (e.g. 1 ,2 barA), an expansion valve 22 arranged between the feed tank 18 and the inlet of the exchanger 6, here upstream of the separator pot 20, so as to relax the liquid ammonia (liquid NH 3) from the mean pressure (e.g. 5 barA) at low pressure (eg 1, 2 barA),
- une cuve de stockage 19 adaptée pour contenir de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) sous une pression dite haute, par exemple de 1 2 barA, la cuve de stockage 19 étant usuellement dénommée « receveur à haute pression » ; la cuve de stockage 19 est reliée fluidiquement au réservoir d'alimentation 18 ; - A storage tank 19 adapted to contain liquid ammonia (liquid NH3) under a so-called high pressure, for example 1 2 barA, the storage tank 19 is usually called "high pressure receiver"; the storage tank 19 is fluidly connected to the feed tank 18;
- une vanne 21 disposée entre le réservoir d'alimentation 1 8 et la cuve de stockage 19 pour réguler l'écoulement de fluide frigorigène. a valve 21 arranged between the feed tank 1 8 and the storage tank 19 to regulate the flow of refrigerant.
Le pot séparateur 20 relie le réservoir d'alimentation 18 à l'échangeur 6 de façon à recevoir de l'ammoniac du réservoir d'alimentation 18 et à alimenter l'échangeur 6 en ammoniac liquide. Le pot séparateur 20 alimente ici l'échangeur 6 par gravité. The separator pot 20 connects the feed tank 18 to the exchanger 6 so as to receive ammonia from the feed tank 18 and to supply the exchanger 6 with liquid ammonia. The separator pot 20 supplies the exchanger 6 by gravity.
Le volume du pot séparateur 20 est sensiblement inférieur au volume du réservoir de collecte 10. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le pot séparateur 20 a un volume de l'ordre de 25 fois inférieur au volume du réservoir de collecte 10. Le pot séparateur 20 et l'échangeur 6 peuvent être placés au-dessus d'une colonne de distillation, à une hauteur de 15 m, ce qui dispense ici de faire circuler le dioxyde de carbone avec une pompe. The volume of the separator pot 20 is substantially smaller than the volume of the collection tank 10. In the example of FIGS. 1 and 2, the separator pot 20 has a volume of the order of 25 times smaller than the volume of the collection tank 10. The separator pot 20 and the exchanger 6 can be placed above a distillation column, at a height of 15 m, which dispenses here to circulate the carbon dioxide with a pump.
La vanne de détente 22 est régulée de façon à condenser l'essentiel du débit de dioxyde de carbone disponible, notamment en régulant une pression du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) à l'entrée de l'échangeur, ce qui permet de contrôler
le débit d'ammoniac liquide (NH3 liquide) entrant dans l'échangeur 6. Donc la vanne de détente 22 permet de réguler le débit entrant dans l'échangeur 6 au cours d'une étape de vaporisation à sec. La régulation de la section débitante de la vanne de détente 22 est ici réalisée par l'unité de commande 8. Alternativement, tout autre organe de commande peut être prévu pour réguler la section débitante de la vanne de détente. The expansion valve 22 is regulated so as to condense the bulk of the flow of available carbon dioxide, in particular by regulating a pressure of carbon dioxide gas (CO 2 gas) at the inlet of the exchanger, which makes it possible to control, regulate the flow of liquid ammonia (liquid NH3) entering the exchanger 6. Thus the expansion valve 22 regulates the flow entering the exchanger 6 during a dry vaporization step. The regulation of the flow section of the expansion valve 22 is here carried out by the control unit 8. Alternatively, any other control member may be provided to regulate the flow section of the expansion valve.
L'installation de refroidissement 2 comprend en outre une conduite de dérivation 24 qui raccorde le pot séparateur 20 directement à la sortie de l'échangeur 6. En service, de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) s'écoule depuis le pot séparateur 20 dans la conduite de dérivation 24 jusqu'à la sortie de l'échangeur 6, sans passer par l'échangeur 6. La conduite de dérivation 24 permet de renvoyer la fraction vaporisée par détente libre de la moyenne pression (ici 5 barA) à la basse pression (ici 1 ,2 barA par procédé dit « flash ») vers l'aspiration du compresseur 4. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le pot séparateur 20 est équipé d'un organe de commande de niveau 29, qui est adapté pour mesurer le niveau d'ammoniac liquide dans le pot séparateur 20 et pour commander un élément physique de contrôle jusqu'à atteindre un niveau de consigne prédéterminé. The cooling system 2 further comprises a bypass line 24 which connects the separator pot 20 directly to the outlet of the exchanger 6. In use, steam ammonia (NH 3 vapor) flows from the separator pot 20 in the bypass line 24 to the outlet of the exchanger 6, without passing through the exchanger 6. The bypass line 24 returns the vaporized fraction by free expansion of the medium pressure (here 5 barA) to the low pressure (here 1, 2 barA by process called "flash") to the suction of the compressor 4. In the example of Figures 1 and 2, the separator pot 20 is equipped with a level 29 control member, which is adapted to measure the level of liquid ammonia in the separator pot 20 and to control a physical control element until a predetermined set level is reached.
Lorsque l'ammoniac liquide (NH3 liquide) se détend de la pression moyenne (ici 5 barA) à la basse pression (ici 1 ,2 barA), environ 10% de l'ammoniac liquide passe en phase vapeur. Cette quantité de 10% d'ammoniac vapeur est dérivée par la conduite de dérivation 24. Dans l'exemple des figures 1 et 2, la colonne de distillation ou l'échangeur 6 est équipé(e) d'un organe de commande de pression 25, qui est adapté pour mesurer la pression de dioxyde de carbone gazeux et pour commander un élément physique de contrôle jusqu'à atteindre une pression de consigne prédéterminée. When the liquid ammonia (liquid NH3) expands from the mean pressure (here 5 barA) to the low pressure (here 1, 2 barA), about 10% of the liquid ammonia goes into the vapor phase. This amount of 10% of ammonia vapor is derived by the bypass line 24. In the example of Figures 1 and 2, the distillation column or the exchanger 6 is equipped (e) a pressure control member 25, which is adapted to measure the carbon dioxide gas pressure and to control a physical control element until a predetermined set pressure is reached.
En outre, l'installation de refroidissement 2 comprend un échangeur secondaire usuellement dénommé « sous-refroidisseur » 23 qui est relié fluidiquement à l'échangeur 6 et au réservoir de collecte 10 de façon à transférer de la chaleur du dioxyde de carbone (CO2) provenant de l'échangeur 6 à l'ammoniac liquide (NH3 liquide) provenant du réservoir de collecte 10. En service, le sous- refroidisseur 23 « consomme » de l'ammoniac liquide (NH3 liquide) en contribuant à le vaporiser. Le sous-refroidisseur 23 fonctionne ici suivant le principe du thermosiphon.
En service, l'installation de refroidissement 2 fonctionne suivant un procédé de refroidissement conforme à l'invention tel que schématisé à la figure 3. In addition, the cooling installation 2 comprises a secondary heat exchanger commonly referred to as "subcooler" 23 which is fluidly connected to the exchanger 6 and to the collection tank 10 so as to transfer heat from the carbon dioxide (CO 2 ) from the exchanger 6 to liquid ammonia (liquid NH 3 ) from the collection tank 10. In use, the subcooler 23 "consumes" liquid ammonia (liquid NH 3 ) by contributing to vaporize it . The subcooler 23 operates here according to the principle of thermosiphon. In use, the cooling system 2 operates according to a cooling method according to the invention as shown diagrammatically in FIG.
Ce procédé de refroidissement comprend, comme le montre la figure 1 , une étape dite de vaporisation à sec 101 , dans laquelle on alimente l'échangeur 6 en dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) et en ammoniac liquide (NH3 liquide), et dans laquelle on vaporise tout l'ammoniac liquide (NH3 liquide) sortant de l'échangeur 6. Dans cette étape de vaporisation à sec, tout l'ammoniac (NH3) s'écoulant dans l'échangeur 6 et dans la canalisation de sortie 1 1 est en phase vapeur. This cooling process comprises, as shown in FIG. 1, a so-called dry vaporization step 101, in which the exchanger 6 is supplied with gaseous carbon dioxide (CO 2 gas) and with liquid ammonia (liquid NH 3 ), and in which all the liquid ammonia (liquid NH 3 ) leaving the exchanger 6 is vaporized. In this dry vaporization stage, all the ammonia (NH 3 ) flowing in the exchanger 6 and in the pipe output 1 1 is in the vapor phase.
En pratique, vaporiser tout l'ammoniac s'écoulant dans l'échangeur 6 signifie qu'il faut fournir à l'ammoniac une quantité de chaleur qui excède son enthalpie de vaporisation pour la quantité d'ammoniac entré dans l'échangeur 6. In practice, vaporizing all the ammonia flowing in the exchanger 6 means that it is necessary to supply the ammonia a quantity of heat which exceeds its enthalpy of vaporization for the quantity of ammonia entered in the exchanger 6.
Ce procédé de refroidissement comprend en outre, comme le montre la figure 2, une étape dite de suralimentation 102, dans laquelle le débit d'ammoniac liquide (NH3 liquide) entrant dans l'échangeur 6 est déterminé de sorte que l'ammoniac (NH3) sortant de l'échangeur 6 est composé partiellement d'ammoniac liquide (NH3 liquide). L'étape de suralimentation 102 intervient après l'étape de vaporisation à sec 101 . En d'autres termes, l'étape de suralimentation 102 n'est pas concomittante à l'étape de vaporisation à sec 101 . Dans l'exemple de la figure 2, l'ammoniac (NH3) sortant de l'échangeur 6 est composé partiellement d'ammoniac liquide (NH3 liquide) ; donc l'ammoniac (NH3) sortant de l'échangeur 6 comprend de l'ammoniac en phase liquide et en phase vapeur (NH3 liquide+vapeur). This cooling method furthermore comprises, as shown in FIG. 2, a supercharging step 102, in which the flow rate of liquid ammonia (liquid NH 3 ) entering the exchanger 6 is determined so that the ammonia ( NH 3 ) leaving the exchanger 6 is partially composed of liquid ammonia (liquid NH 3 ). The supercharging step 102 occurs after the dry vaporization step 101. In other words, the supercharging step 102 is not concomitant with the dry vaporization step 101. In the example of Figure 2, the ammonia (NH 3 ) leaving the exchanger 6 is partially composed of liquid ammonia (liquid NH 3 ); therefore the ammonia (NH 3 ) leaving the exchanger 6 comprises ammonia in the liquid phase and in the vapor phase (NH 3 liquid + vapor).
Ce procédé de refroidissement permet, lors de l'étape de suralimentation 102, d'évacuer la totalité ou la majorité de l'huile accumulée dans l'échangeur 6 lors des étapes de vaporisation à sec 101 . Le procédé de refroidissement peut être qualifié de « basse température », car, en service, la température de l'ammoniac sortant de l'échangeur 6 est égale à environ -30°C sous une pression de 1 ,2 barA. This cooling method makes it possible, during the supercharging step 102, to evacuate all or the majority of the oil accumulated in the exchanger 6 during the dry vaporization steps 101. The cooling process may be termed "low temperature" because, in use, the temperature of the ammonia exiting the exchanger 6 is about -30 ° C at a pressure of 1.2 barA.
Le procédé de refroidissement comprend en outre une étape de cycle 103 consistant à répéter cycliquement et en alternance, l'étape de vaporisation à sec 101 et l'étape de suralimentation 102. Dans l'étape de cycle 103, l'étape de suralimentation 102 succède directement à l'étape de vaporisation à sec 101 . L'étape de vaporisation à sec a une première durée prédéterminée par exemple d'environ 24h et l'étape de suralimentation 102 a une deuxième durée
prédéterminée par exemple d'environ 0,25 h. Le rapport de la deuxième durée prédéterminée (0,25 h) sur la première durée prédéterminée (24 h) est d'environ 1 %. The cooling process further comprises a cycle step 103 of cyclically and alternately repeating the dry vaporization step 101 and the supercharging step 102. In the cycling step 103, the supercharging step 102 directly follows the dry vaporization step 101. The dry vaporization step has a first predetermined duration for example of about 24 hours and the supercharging step 102 has a second duration predetermined for example about 0.25 h. The ratio of the second predetermined duration (0.25 h) to the first predetermined duration (24 h) is about 1%.
L'unité de commande 8 est configurée pour commander l'installation de refroidissement 2 de façon à réaliser, au cours de l'étape de cycle 1 03 : The control unit 8 is configured to control the cooling installation 2 so as to carry out, during the cycle step 1 03:
- une première transition de l'étape de vaporisation à sec 101 à l'étape de suralimentation 102 lorsque le capteur de niveau bas 12 émet le premier signal 10.12, puis a first transition from the dry vaporization step 101 to the supercharging step 102 when the low level sensor 12 emits the first signal 10.12, then
- une deuxième transition de l'étape de suralimentation 102 à l'étape de vaporisation à sec 101 lorsque le capteur de niveau haut 14 émet le deuxième signal 10.14. a second transition from the supercharging step 102 to the dry vaporization step 101 when the high level sensor 14 emits the second signal 10.14.
De plus, l'unité de commande 8 est configurée pour commander l'installation de refroidissement 2 de façon à réaliser cette première transition de sorte que le débit d'ammoniac liquide entrant dans l'échangeur 6 augmente progressivement, puis de façon à réaliser cette deuxième transition de sorte que le débit d'ammoniac liquide entrant dans l'échangeur 6 diminue progressivement. In addition, the control unit 8 is configured to control the cooling installation 2 so as to make this first transition so that the flow of liquid ammonia entering the exchanger 6 increases gradually, and then to achieve this. second transition so that the flow of liquid ammonia entering the exchanger 6 decreases gradually.
En outre, le procédé de refroidissement comprend une étape de de commande, dans laquelle la section débitante de la vanne de détente 22 est régulée de façon à condenser l'essentiel du débit de dioxyde de carbone disponible, notamment en régulant une pression du dioxyde de carbone gazeux (CO2 gaz) à l'entrée de l'échangeur 6. In addition, the cooling method comprises a control step in which the flow section of the expansion valve 22 is regulated so as to condense the bulk of the flow of available carbon dioxide, in particular by regulating a pressure of the carbon dioxide. gaseous carbon (CO2 gas) at the inlet of the exchanger 6.
En pratique, on peut réguler le débit entrant dans l'échangeur 6 au cours de l'étape de vaporisation à sec 101 . En l'occurrence, la régulation de la section débitante de la vanne de détente 22 est réalisée par l'unité de commande 8, notamment en fonction des dimensions de l'installation de refroidissement 2, en particulier de l'échangeur 6, et des débits d'ammoniac et de dioxyde de carbone. In practice, it is possible to regulate the flow rate entering the exchanger 6 during the dry vaporization step 101. In this case, the regulation of the flow section of the expansion valve 22 is carried out by the control unit 8, in particular as a function of the dimensions of the cooling installation 2, in particular of the exchanger 6, and flow rates of ammonia and carbon dioxide.
De plus, le réservoir de collecte 10 opère une séparation diphasique de l'ammoniac, de façon à séparer l'ammoniac liquide (NH3 liquide) de l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur). En outre, le procédé de refroidissement comprend une étape de canalisation dans laquelle l'ammoniac vapeur (NH3 vapeur) est canalisé depuis le réservoir de collecte 10 à destination du compresseur 4, au moyen d'une canalisation de recirculation 26. Dans la canalisation de recirculation 26, en amont du compresseur 4, l'ammoniac est en phase vapeur (NH3 vapeur), tandis qu'en aval du compresseur 4, l'ammoniac est condensé par un condenseur évaporatif et se
trouve donc majoritairement en phase liquide. L'ammoniac condensé s'écoule dans la cuve de stockage 19, puis dans le réservoir d'alimentation 18. In addition, the collection tank 10 operates a two-phase separation of the ammonia, so as to separate the liquid ammonia (NH 3 liquid) from the ammonia vapor (NH 3 vapor). In addition, the cooling method comprises a channeling step in which the ammonia vapor (NH 3 vapor) is channeled from the collection tank 10 to the compressor 4, by means of a recirculation pipe 26. In the pipe recirculation 26, upstream of the compressor 4, the ammonia is in the vapor phase (NH 3 vapor), while downstream of the compressor 4, the ammonia is condensed by an evaporative condenser and is therefore mainly in the liquid phase. The condensed ammonia flows into the storage tank 19, then into the feed tank 18.
L'installation de refroidissement 2 comporte en outre des moyens de régulation 28 qui sont agencés de façon à ajuster la chaleur transférée à l'ammoniac. Dans l'exemple de la figure 1 , les moyens de régulation 28 comprennent un organe de commande de température, qui est adapté pour mesurer la température dans la canalisation de sortie 1 1 et pour commander un élément physique de contrôle, ici par ouverture ou fermeture de la vanne de détente 22, jusqu'à atteindre une température de consigne prédéterminée. The cooling installation 2 further comprises regulating means 28 which are arranged to adjust the heat transferred to the ammonia. In the example of FIG. 1, the regulation means 28 comprise a temperature control member, which is adapted to measure the temperature in the outlet pipe 11 and to control a physical control element, here by opening or closing. of the expansion valve 22 until a predetermined set temperature is reached.
Au cours de l'étape de vaporisation à sec 101 , on régule les moyens de régulation 28 de façon à surchauffer l'ammoniac sortant de l'échangeur 6. Avantageusement, l'unité de commande 8 régule les moyens de régulation 28 de sorte que la température de l'ammoniac sortant de l'échangeur 6 est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée de l'ammoniac, calculée à la pression opératoire, ici 1 ,2 barA. During the dry vaporization step 101, the regulation means 28 are regulated so as to superheat the ammonia leaving the exchanger 6. Advantageously, the control unit 8 regulates the regulation means 28 so that the temperature of the ammonia leaving the exchanger 6 is at least 3 ° C. higher than the dew point temperature of the ammonia, calculated at the operating pressure, in this case 1.2 barA.
En service, lorsque le capteur de niveau haut émet le deuxième signal (10.14), les moyens de régulation 28 fournissent à l'ammoniac une quantité de chaleur qui excède l'enthalpie de vaporisation pour la quantité d'ammoniac entré dans l'échangeur 6, ce qui permet de réaliser l'étape de vaporisation à sec 101 . In use, when the high level sensor emits the second signal (10.14), the regulating means 28 supply the ammonia with a quantity of heat which exceeds the evaporation enthalpy for the amount of ammonia entering the exchanger 6 , which makes it possible to carry out the dry vaporization step 101.
Au cours de l'étape de suralimentation 102, le débit d'ammoniac liquide entrant dans l'échangeur 6 est déterminé de sorte que l'ammoniac sortant de l'échangeur 6 comprend une masse d'ammoniac liquide représentant plus de 10% de la masse d'ammoniac vapeur. During the booster stage 102, the flow rate of liquid ammonia entering the exchanger 6 is determined so that the ammonia leaving the exchanger 6 comprises a mass of liquid ammonia representing more than 10% of the mass of ammonia vapor.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, le pot séparateur 20 est équipé d'un organe de commande de niveau 29, qui est adapté pour mesurer le niveau d'ammoniac liquide et pour commander un élément physique de contrôle jusqu'à atteindre un niveau de consigne prédéterminé dont on sait qu'il est suffisamment élevé pour créer un excès d'ammoniac liquide en sortie de l'échangeur 6 au cours de l'étape de suralimentation 102. In the example of FIGS. 1 and 2, the separator pot 20 is equipped with a level control member 29, which is adapted to measure the level of liquid ammonia and to control a physical control element until it reaches a desired level. predetermined set level which is known to be high enough to create an excess of liquid ammonia at the outlet of the exchanger 6 during the supercharging step 102.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits dans la présente demande. D'autres modes ou variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier peuvent aussi être envisagés sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.
Par exemple, la figure 4 illustre une variante de l'invention dans l'étape de suralimentation 102, dans laquelle l'installation de refroidissement 2 ne comprend pas de pot séparateur, à la différence de l'installation de refroidissement 2 illustrée aux figures 1 et 2.
Of course, the invention is not limited to the particular examples described in the present application. Other embodiments or variants within the scope of the art can also be envisaged without departing from the scope of the invention defined by the claims below. For example, FIG. 4 illustrates a variant of the invention in the supercharging step 102, in which the cooling installation 2 does not comprise a separator pot, unlike the cooling installation 2 illustrated in FIGS. and 2.
Claims
1 . Procédé de refroidissement, pour refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, le procédé de refroidissement mettant en œuvre une installation de refroidissement (2) comportant au moins un échangeur (6) adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de refroidissement (2) comprenant un compresseur (4) lubrifié et adapté pour comprimer du fluide frigorigène, 1. Cooling method for cooling a heat transfer fluid by heat exchange with a refrigerant, for example for condensing gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia, the cooling process using a cooling system (2) comprising at least one heat exchanger (6) adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the cooling system (2) comprising a compressor (4) lubricated and adapted to compress refrigerant,
le procédé de refroidissement comprenant une étape dite de vaporisation à sec (101 ) incluant des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) vaporiser tout le fluide frigorigène liquide s'écoulant dans l'échangeur (6), the method of cooling comprising a so-called dry vaporization step (101) including actions of: i) supplying the exchanger (6) with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) vaporizing all the liquid refrigerant s' flowing in the exchanger (6),
le procédé de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dite de suralimentation (102) qui intervient après l'étape de vaporisation à sec (101 ) et qui inclut des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) ajuster le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6) de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6) comprend du fluide frigorigène liquide. the cooling method being characterized in that it further comprises a supercharging step (102) which occurs after the dry vaporization step (101) and which includes actions of: i) feeding the exchanger ( 6) in circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) adjust the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger (6) so that the refrigerant leaving the exchanger (6) comprises liquid refrigerant.
2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1 , comprenant en outre une étape de cycle (103) consistant à répéter cycliquement l'étape de vaporisation à sec (101 ) et l'étape de suralimentation (102), l'étape de vaporisation à sec (101 ) ayant une première durée prédéterminée et l'étape de suralimentation (102) ayant une deuxième durée prédéterminée, un rapport de la deuxième durée prédéterminée sur la première durée prédéterminée étant de préférence inférieur à 10%. The cooling method according to claim 1, further comprising a cycle step (103) of cyclically repeating the dry vaporization step (101) and the supercharging step (102), the vaporizing step of sec (101) having a first predetermined duration and the boosting step (102) having a second predetermined duration, a ratio of the second predetermined duration to the first predetermined duration being preferably less than 10%.
3. Procédé de refroidissement selon la revendication 2, dans lequel l'installation de refroidissement (2) comporte en outre :
un réservoir de collecte (1 0) agencé pour contenir du fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur (6) et du fluide frigorigène gazeux sortant de l'échangeur (6), Cooling method according to claim 2, wherein the cooling system (2) further comprises: a collecting tank (1 0) arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger (6) and the gaseous refrigerant leaving the exchanger (6),
un premier capteur, dit capteur de niveau bas (1 2), adapté pour émettre un premier signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte (1 0) atteint un seuil inférieur prédéterminé (1 0.1 2), a first sensor, said low level sensor (1 2), adapted to emit a first signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank (1 0) reaches a predetermined lower threshold (1 0.1 2),
un deuxième capteur, dit capteur de niveau haut (14), adapté pour émettre un deuxième signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte (10) atteint un seuil supérieur prédéterminé (10.14), et - une unité de commande (8) configurée pour commander l'installation de refroidissement (2) de façon à réaliser : a second sensor, said high level sensor (14), adapted to emit a second signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank (10) reaches a predetermined upper threshold (10.14), and - a control unit (8) configured to control the cooling installation (2) to realize:
une première transition de l'étape de vaporisation à sec (101 ) à l'étape de suralimentation (102) lorsque le capteur de niveau bas (12) émet le premier signal, puis a first transition from the dry vaporization step (101) to the supercharging step (102) when the low level sensor (12) transmits the first signal, and then
- une deuxième transition de l'étape de suralimentation (102) à l'étape de vaporisation à sec (101 ) lorsque le capteur de niveau haut (14) émet le deuxième signal . a second transition from the supercharging step (102) to the dry vaporization step (101) when the high level sensor (14) transmits the second signal.
4. Procédé de refroidissement selon la revendication 3, dans lequel l'unité de commande (8) est configurée pour commander l'installation de refroidissementThe cooling method according to claim 3, wherein the control unit (8) is configured to control the cooling installation.
(2) de façon à réaliser la première transition de sorte que le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6) augmente progressivement, puis de façon à réaliser la deuxième transition de sorte que le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6) diminue progressivement. (2) so as to realize the first transition so that the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger (6) increases gradually, and then to achieve the second transition so that the flow of the liquid refrigerant entering the exchanger (6) decreases gradually.
5. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, dans lequel l'installation de refroidissement (2) comporte en outre : Cooling method according to any one of claims 3 to 4, wherein the cooling system (2) further comprises:
un réservoir d'alimentation (1 8) adapté pour contenir du fluide frigorigène liquide sous une pression dite moyenne, par exemple de 5 barA, a supply tank (1 8) adapted to contain liquid refrigerant under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
- un pot séparateur (20) adapté pour séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux sous une pression dite basse, par exemple de 1 ,2 barA, qui est inférieure à la pression moyenne, le pot séparateur (20) étant agencé entre le réservoir d'alimentation (18) et l'échangeur (6) de façon à recevoir
du fluide frigorigène du réservoir d'alimentation (18) et à transmettre à l'échangeur (6) du fluide frigorigène liquide de préférence par gravité, - a separator pot (20) adapted to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant under a so-called low pressure, for example 1.2 barA, which is lower than the mean pressure, the separator pot (20) being arranged between the supply tank (18) and the exchanger (6) so as to receive refrigerant of the supply tank (18) and to transmit the liquid refrigerant preferably to the exchanger (6) by gravity,
une vanne de détente (22) agencée entre le réservoir d'alimentation (18) et une entrée de l'échangeur (6) de façon à détendre le fluide frigorigène liquide de la pression moyenne à la basse pression, an expansion valve (22) arranged between the supply tank (18) and an inlet of the exchanger (6) so as to relax the liquid refrigerant from the mean pressure to the low pressure,
un réservoir de collecte (10) agencé pour contenir du fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur (6) et du fluide frigorigène gazeux sortant de l'échangeur (6), de façon à récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur (6) et à séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide, a collection tank (10) arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger (6) and the gaseous refrigerant leaving the exchanger (6), so as to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger (6) and to separate any excess liquid refrigerant,
le procédé de refroidissement comprenant en outre une étape de de commande dans laquelle la section débitante de la vanne de détente (22) est régulée de façon à condenser l'essentiel du débit de fluide calorigène disponible, notamment en régulant une pression de fluide calorigène à l'entrée de l'échangeur (6), et ainsi à contrôler le débit de fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6). the cooling method further comprising a control step in which the flow section of the expansion valve (22) is regulated so as to condense the bulk of the flow of available heat transfer fluid, in particular by regulating a caloric fluid pressure to the inlet of the exchanger (6), and thus to control the flow of liquid refrigerant entering the exchanger (6).
6. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le réservoir de collecte (10) opère une séparation diphasique du fluide frigorigène de façon à séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux, le procédé de refroidissement comprenant en outre une étape de canalisation dans laquelle le fluide frigorigène gazeux est canalisé depuis le réservoir de collecte (10) à destination du compresseur (4). Cooling method according to any one of claims 3 to 5, wherein the collection tank (10) operates a two-phase separation of the refrigerant so as to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant, the cooling process comprising in addition a channeling step in which the gaseous refrigerant is channeled from the collection tank (10) to the compressor (4).
7. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'installation de refroidissement (2) comporte en outre des moyens de régulation (28) pour transférer de la chaleur au fluide frigorigène, de façon à surchauffer le fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6), Cooling method according to one of the preceding claims, wherein the cooling system (2) further comprises regulating means (28) for transferring heat to the refrigerant so as to superheat the refrigerant. leaving the exchanger (6),
de préférence par régulation du débit du fluide frigorigène et du débit du fluide calorigène de sorte que la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6) est supérieure d'au moins 3°C à la température de point de rosée du fluide frigorigène, calculée à la pression opératoire, par exemple de 1 ,2 barA. preferably by regulating the flow rate of the refrigerant and the flow rate of the circulating fluid so that the temperature of the refrigerant leaving the exchanger (6) is at least 3 ° C higher than the dew point temperature of the refrigerant , calculated at the operating pressure, for example 1.2 barA.
8. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide frigorigène est sélectionné dans le groupe
constitué de l'ammoniac, du fréon, de l'éthane, du propane et de tout mélange desdits fluides frigorigènes, et le fluide calorigène est sélectionné dans le groupe constitué du dioxyde de carbone, du protoxyde d'azote, des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures dont la molécule comprend deux à quatre atomes de carbone, ou tout mélange desdits fluides calorigènes, avec éventuellement des impuretés telles que l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le méthane et/ou le monoxyde de carbone. Cooling method according to one of the preceding claims, wherein the refrigerant is selected from the group consisting of ammonia, freon, ethane, propane and any mixture of said refrigerants, and the circulating fluid is selected from the group consisting of carbon dioxide, nitrous oxide, hydrocarbons, in particular hydrocarbons whose molecule comprises two to four carbon atoms, or any mixture of said caloric fluids, with possibly impurities such as nitrogen, oxygen, hydrogen, methane and / or carbon monoxide.
9. Procédé de refroidissement selon les revendications 7 et 8, dans lequel le fluide frigorigène est de l'ammoniac, le fluide calorigène étant par exemple du dioxyde de carbone pur ou impur, et dans lequel la température du fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6) est comprise entre -20°C et -50°C, par exemple égale à environ -30°C. 9. Cooling method according to claims 7 and 8, wherein the refrigerant is ammonia, the circulating fluid being for example carbon dioxide pure or impure, and wherein the temperature of the refrigerant leaving the exchanger (6) is between -20 ° C and -50 ° C, for example about -30 ° C.
10. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au cours de l'étape de suralimentation (102), le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6) est déterminé de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6) comprend une masse de fluide frigorigène liquide représentant au moins 10% de la masse de fluide frigorigène gazeux. Cooling method according to one of the preceding claims, wherein, during the supercharging step (102), the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger (6) is determined so that the fluid refrigerant leaving the exchanger (6) comprises a mass of liquid refrigerant representing at least 10% of the mass of gaseous refrigerant.
1 1 . Installation de refroidissement (2), destinée à refroidir un fluide calorigène par échange thermique avec un fluide frigorigène, par exemple pour condenser du dioxyde de carbone gazeux par échange thermique avec de l'ammoniac, l'installation de refroidissement (2) comportant : au moins un échangeur (6) adapté pour transférer de la chaleur du fluide calorigène au fluide frigorigène, l'installation de refroidissement (2) comprenant un compresseur (4) adapté pour comprimer du fluide frigorigène, 1 1. Cooling plant (2) for cooling a circulating fluid by heat exchange with a refrigerant, for example for condensing gaseous carbon dioxide by heat exchange with ammonia, the cooling system (2) comprising: at least one exchanger (6) adapted to transfer heat from the circulating fluid to the refrigerant, the cooling system (2) comprising a compressor (4) adapted to compress refrigerant,
l'installation de refroidissement (2) étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une unité de commande (8) configurée pour faire fonctionner l'installation de refroidissement (2) suivant : the cooling system (2) being characterized in that it further comprises a control unit (8) configured to operate the cooling system (2) according to:
une étape dite de vaporisation à sec (101 ) incluant des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide
frigorigène liquide, et ii) vaporiser tout le fluide frigorigène s'écoulant dans l'échangeur (6), et a so-called dry vaporization step (101) including actions consisting in: i) supplying the exchanger (6) with circulating fluid and fluid liquid refrigerant, and ii) vaporize all the refrigerant flowing in the exchanger (6), and
une étape dite de suralimentation (102) qui intervient après l'étape de vaporisation à sec (101 ) et qui inclut des actions consistant à : i) alimenter l'échangeur (6) en fluide calorigène et en fluide frigorigène liquide, et ii) ajuster le débit du fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6) est de sorte que le fluide frigorigène sortant de l'échangeur (6) est composé totalement ou partiellement de fluide frigorigène liquide. a supercharging step (102) that occurs after the dry vaporization step (101) and includes actions of: i) supplying the heat exchanger (6) with circulating fluid and liquid refrigerant, and ii) adjusting the flow rate of the liquid refrigerant entering the exchanger (6) is such that the refrigerant leaving the exchanger (6) is composed wholly or partially of liquid refrigerant.
12. Installation de refroidissement (2) selon la revendication 1 1 , dans laquelle l'échangeur (6) est un échangeur à plaques, de préférence en aluminium brasé. 12. Cooling plant (2) according to claim 1 1, wherein the exchanger (6) is a plate heat exchanger, preferably brazed aluminum.
13. Installation de refroidissement (2) selon l'une quelconque des revendications 1 1 à 12, comportant en outre : 13. Cooling plant (2) according to any one of claims 1 1 to 12, further comprising:
un réservoir de collecte (1 0) agencé pour contenir du fluide frigorigène liquide sortant de l'échangeur (6) et du fluide frigorigène gazeux sortant de l'échangeur (6) , de façon à récupérer l'huile entraînée en sortie de l'échangeur (6) et à séparer un éventuel excès de fluide frigorigène liquide, a collection tank (1 0) arranged to contain liquid refrigerant leaving the exchanger (6) and the gaseous refrigerant leaving the exchanger (6), so as to recover the oil entrained at the outlet of the exchanger (6) and to separate any excess liquid refrigerant,
- un premier capteur, dit capteur de niveau bas (1 2), adapté pour émettre un premier signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte (1 0) atteint un seuil inférieur prédéterminé (1 0.1 2), et a first sensor, said low level sensor (1 2), adapted to emit a first signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank (1 0) reaches a predetermined lower threshold (1 0.1 2), and
un deuxième capteur, dit capteur de niveau haut (14), adapté pour émettre un deuxième signal lorsque le volume de fluide frigorigène liquide contenu dans le réservoir de collecte (10) atteint un seuil supérieur prédéterminé (10.14). a second sensor, said high level sensor (14), adapted to emit a second signal when the volume of liquid refrigerant contained in the collection tank (10) reaches a predetermined upper threshold (10.14).
14. Installation de refroidissement (2) selon la revendication 1 3, comprenant en outre un échangeur secondaire (23) relié fluidiquement à l'échangeur (6) et au réservoir de collecte (1 0) de façon à transférer de la chaleur du fluide calorigène provenant de l'échangeur (6) au fluide frigorigène liquide provenant du réservoir de collecte (10).
14. Cooling plant (2) according to claim 1 3, further comprising a secondary exchanger (23) fluidly connected to the exchanger (6) and the collection tank (1 0) so as to transfer heat from the fluid heat exchanger from the exchanger (6) to the liquid refrigerant from the collection tank (10).
15. Installation de refroidissement (2) selon l'une quelconque des revendications 13 à 14, comportant en outre : 15. Cooling plant (2) according to any one of claims 13 to 14, further comprising:
un réservoir d'alimentation (1 8) adapté pour contenir du fluide frigorigène liquide sous une pression dite moyenne, par exemple de 5 barA, a supply tank (1 8) adapted to contain liquid refrigerant under a so-called mean pressure, for example 5 barA,
un pot séparateur (20) adapté pour séparer le fluide frigorigène liquide du fluide frigorigène gazeux sous une pression dite basse, par exemple de 1 ,2 barA, qui est inférieure à la pression moyenne, le pot séparateur (20) reliant le réservoir d'alimentation (18) à l'échangeur (6) de façon à recevoir du fluide frigorigène du réservoir d'alimentation (18) et à alimenter l'échangeur (6) en fluide frigorigène liquide de préférence par gravité, le volume du pot séparateur (20) étant inférieur au volume du réservoir d'alimentation (1 8), a separator pot (20) adapted to separate the liquid refrigerant from the gaseous refrigerant under a so-called low pressure, for example of 1.2 barA, which is lower than the mean pressure, the separator pot (20) connecting the storage tank; supply (18) to the exchanger (6) so as to receive refrigerant from the supply tank (18) and to supply the exchanger (6) with liquid refrigerant preferably by gravity, the volume of the separator pot ( 20) being smaller than the volume of the feed tank (1 8),
une vanne de détente (22) agencée entre le réservoir d'alimentation (18) et une entrée de l'échangeur (6) de façon à détendre le fluide frigorigène liquide de la pression moyenne à la basse pression et ainsi à contrôler le débit de fluide frigorigène liquide entrant dans l'échangeur (6). an expansion valve (22) arranged between the supply tank (18) and an inlet of the exchanger (6) so as to relax the liquid refrigerant from the medium pressure to the low pressure and thus to control the flow rate of liquid refrigerant entering the exchanger (6).
16. Installation de refroidissement (2) selon la revendication 15, comprenant en outre une conduite de dérivation (24) raccordant le pot séparateur (20) directement à la sortie de l'échangeur (6).
16. Cooling plant (2) according to claim 15, further comprising a bypass line (24) connecting the separator pot (20) directly to the outlet of the exchanger (6).
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---|---|---|---|---|
GB2111661A (en) * | 1981-12-18 | 1983-07-06 | Stal Refrigeration Ab | Lubrication system for a refrigeration plant |
EP0490810A1 (en) | 1990-12-11 | 1992-06-17 | Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft | Method of operating an NH3-refrigerator or -heat pump |
FR2956900A1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-02 | Air Liquide | APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATING A MIXTURE CONTAINING CARBON DIOXIDE BY DISTILLATION |
-
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- 2014-01-21 FR FR1450464A patent/FR3016687B1/en active Active
-
2015
- 2015-01-20 WO PCT/FR2015/050140 patent/WO2015110753A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2111661A (en) * | 1981-12-18 | 1983-07-06 | Stal Refrigeration Ab | Lubrication system for a refrigeration plant |
EP0490810A1 (en) | 1990-12-11 | 1992-06-17 | Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft | Method of operating an NH3-refrigerator or -heat pump |
FR2956900A1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-02 | Air Liquide | APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATING A MIXTURE CONTAINING CARBON DIOXIDE BY DISTILLATION |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
HEGERLAND ET AL.: "Liquefacation and handling of large amounts of C02 for enhanced oil recovery", INTERNATIONAL CONFÉRENCE ON GREENHOUSE GAS CONTROL TECHNOLOGIES, 2004 |
HEGERLAND G ET AL: "Liquefaction and handling of large amounts of co2 for enhanced oil recovery (EOR)", INTERNATIONAL CONFERENCE ON GREENHOUSE GAS CONTROL TECHNOLOGIES, XX, XX, no. 7th, 1 January 2004 (2004-01-01), pages 4pp, XP009093668 * |
Also Published As
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